直接电位法测水中微量氟离子.pptx

直接电位法测水中微量氟离子直接电位法测水中微量氟离子p1 1：直接电位法测定氟离子含量的原理，：直接电位法测定氟离子含量的原理，TISABTISAB的配制方法及作用，标准系列溶液的的配制方法及作用，标准系列溶液的配制方法。配制方法。p2 2：电池电动势的测定，对仪器及配套设：电池电动势的测定，对仪器及配套设施的维护和保养；数据处理方法。施的维护和保养；数据处理方法。一、实验目的一、实验目的二、基本原理二、基本原理饮用水中氟含量的高低，对人的健康有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，适宜含量为会发生氟中毒，适宜含量为0.5-0.5-1mg/L1mg/L目前测定氟的方法有比色法和直接电位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逐渐取代比色法成为测量氟离子含量的常规方法。法。氟离子选择性电极氟离子选择性电极 (简称氟电极简称氟电极)以氟化镧以氟化镧单晶片为敏感膜，对溶液中的氟离子具有良好的选单晶片为敏感膜，对溶液中的氟离子具有良好的选择性。氟电极、饱和甘汞电极择性。氟电极、饱和甘汞电极 (SCE)(SCE)和待测试液和待测试液组成的原电池可表示为：组成的原电池可表示为：AgAg|AgCl|AgCl，NaClNaCl，NaFNaF|LaF3|LaF3膜膜|试液试液|KCl|KCl（饱和），（饱和），HgHg2 2ClCl2 2|Hg|Hg一般离子计上氟电极接一般离子计上氟电极接 ()，饱和甘汞电极接，饱和甘汞电极接 ()，测得原电池的电动势为：，测得原电池的电动势为：E=E=SCESCE-F F SCESCE和和 F F分别为饱和甘汞电极和氟电极的电分别为饱和甘汞电极和氟电极的电位。位。当其他条件一定时当其他条件一定时 E=K+0.059lgaE=K+0.059lgaF F 其中其中 K K 为常数，为常数，0.059 0.059 为为 25 25 时电极的理论响时电极的理论响应斜率，应斜率，a aF F为待测试液中为待测试液中 F-F-活度。活度。用离子选择性电极测量的是离子活度，而通常定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。若加入适量惰性电解量分析需要的是离子浓度。若加入适量惰性电解质作为总离子强度调节缓冲剂质作为总离子强度调节缓冲剂 (TISAB)(TISAB)，使离子，使离子强度保持不变，则上式强度保持不变，则上式)可表示为：可表示为：E=K+0.059lgCE=K+0.059lgCF F C CF F为待测试液中为待测试液中 F-F-浓度。浓度。E E与与lg Clg CF F成线性关系，因此只要作出成线性关系，因此只要作出 E-E-lg Clg CF F标准曲线，即可由水样的标准曲线，即可由水样的 E E 值从标准曲值从标准曲线求得水中氟的含量。线求得水中氟的含量。用氟电极测量用氟电极测量 F-F-时，最适宜时，最适宜 pH pH 范围为范围为 5757。pH pH 值过低，易形成值过低，易形成 HFHF、HFHF2 2-等，降低了等，降低了a aF F ；pH pH 值值过高，过高，OHOH-浓度增大，浓度增大，OHOH-在氟电极上与在氟电极上与 F F-产生产生竞争响应。也由于竞争响应。也由于 OHOH-能与单晶膜中能与单晶膜中 LaF3 LaF3 产生产生如下反应如下反应LaFLaF3 3+3OH+3OH-La(OH)La(OH)3 3+F+F-溶解的溶解的F F-响应而造成干扰。故通常用柠响应而造成干扰。故通常用柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的 pH pH 值。氟电极只对值。氟电极只对游离氟离子有响应，而游离氟离子有响应，而 F F-易与易与AlAl3+3+,Fe,Fe3+3+配位，柠配位，柠檬酸盐是较强的配位剂，还可消除檬酸盐是较强的配位剂，还可消除AlAl3+3+,Fe,Fe3+3+的干扰。的干扰。三、仪器及试剂三、仪器及试剂仪器：仪器：PXDPXD12 12 离子计；电磁搅拌器；氟离子选离子计；电磁搅拌器；氟离子选择性电极；饱和甘汞电极；择性电极；饱和甘汞电极；100 100 毫升容量瓶毫升容量瓶 5 5 个；个；10 10 毫毫升移液管升移液管 2 2 支；支；100 100 毫升烧杯毫升烧杯 1 1 个。个。试剂试剂:0.100mol/LF:0.100mol/LF-标准溶液：准确称取标准溶液：准确称取 120 120 干燥干燥 2 h 2 h 并经冷却的优级纯并经冷却的优级纯NaF 4.20gNaF 4.20g于小烧杯中，于小烧杯中，用水溶解后，转移至用水溶解后，转移至 1000 mL 1000 mL 容量瓶中配成水溶液，然容量瓶中配成水溶液，然后转入洗净、干燥的塑料瓶中。后转入洗净、干燥的塑料瓶中。总离子强度调节缓冲剂总离子强度调节缓冲剂 (TISAB)(TISAB)：于：于 1000 mL 1000 mL 烧杯中加入烧杯中加入 500 mL 500 mL 水和水和 57 mL 57 mL 冰乙酸，冰乙酸，58 g NaCl58 g NaCl，12 12 g g 柠檬酸钠，搅拌至溶解。将烧杯置于冷水中，在柠檬酸钠，搅拌至溶解。将烧杯置于冷水中，在 pH pH 计计的监测下，缓慢滴加的监测下，缓慢滴加 6mol/L NaOH6mol/L NaOH溶液，至溶液的溶液，至溶液的 pHpH5.05.05.55.5，冷却至室温，转入，冷却至室温，转入 1000 mL 1000 mL 容量瓶中，用容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，转入洗净、干燥的试剂瓶中。水稀释至刻度，摇匀，转入洗净、干燥的试剂瓶中。四、操作步骤四、操作步骤1.连接线路：连接线路：将氟电极和甘汞电极分别与离子将氟电极和甘汞电极分别与离子计正确相接，开启仪器开关，预热仪器。计正确相接，开启仪器开关，预热仪器。2.清洗电极清洗电极取去离子水取去离子水5060mL至至100mL烧杯中，放烧杯中，放入搅拌磁子插入氟电极和饱和甘汞电极。开启搅入搅拌磁子插入氟电极和饱和甘汞电极。开启搅拌器，使之保持较慢而稳定的转速拌器，使之保持较慢而稳定的转速(注意在整个实注意在整个实验过程中保持该转速不变，切记验过程中保持该转速不变，切记)，此时会观察到，此时会观察到离子计示数升高。离子计示数升高。23mim后，若读数小于后，若读数小于220mV，则更换去离子水，继续清洗，直至读数高于，则更换去离子水，继续清洗，直至读数高于220mV。3.标准溶液和水样溶液的配制标准溶液和水样溶液的配制用移液管吸取用移液管吸取10ml0.100mol/LNaF标准溶液和标准溶液和10mLTISAB溶液在溶液在100mL容量瓶中稀释至刻容量瓶中稀释至刻度，得到度，得到10-2mol/LNaF标准溶液。再用逐级稀释标准溶液。再用逐级稀释法配制浓度为法配制浓度为10-3,10-4和和10-5NaF标准溶液，在标准溶液，在逐级稀释时，加入逐级稀释时，加入9mLTISAB溶液即可。用移溶液即可。用移液管吸取液管吸取10mL水样和水样和10mLTISAB溶液在溶液在100mL容量瓶中稀释至刻度，得到水样溶液。容量瓶中稀释至刻度，得到水样溶液。4.标准溶液标准溶液E的测定的测定依次测量依次测量10-5,10-4,10-3和和10-2NaF标准溶液的标准溶液的mV数数(注意测定次序由稀到浓，每测量注意测定次序由稀到浓，每测量1份试液，份试液，无需清洗电极，电极表面残留溶液用滤纸吸干即可，无需清洗电极，电极表面残留溶液用滤纸吸干即可，平衡时间为平衡时间为4min)。5.水样水样E的测定的测定按步骤按步骤2用去离子水浸洗电极，直至电位值大用去离子水浸洗电极，直至电位值大于于10-5mol/LNaF标准溶液的标准溶液的mV值。倒出水样值。倒出水样5060mL于烧杯中，放入搅拌磁子，插入清洗好于烧杯中，放入搅拌磁子，插入清洗好的电极进行测定，按步骤的电极进行测定，按步骤4方法读取稳定电位值。方法读取稳定电位值。6.结束实验：结束实验：用蒸馏水清洗电极数次，晾干后放回用蒸馏水清洗电极数次，晾干后放回原处，电极暂不使用时，宜干放，使用时重新处理。原处，电极暂不使用时，宜干放，使用时重新处理。p 注意事项注意事项 测量时浓度应由稀至浓，每次测定前要用测量时浓度应由稀至浓，每次测定前要用被测试液清洗电极、烧杯及搅拌子被测试液清洗电极、烧杯及搅拌子氟电极浸入待测液中，应使单晶膜外不要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。附着水泡，以免干扰读数。测定过程中搅拌溶液的速度应恒定测定过程中搅拌溶液的速度应恒定 读数时应停止搅拌读数时应停止搅拌五、结果与讨论五、结果与讨论1.在坐标纸上以在坐标纸上以E对对lgCF作图，绘制标准曲作图，绘制标准曲线。线。2.根据水样测得的电位值，在标准曲线上查到根据水样测得的电位值，在标准曲线上查到其对应的浓度，计算水样中氟离子的含量其对应的浓度，计算水样中氟离子的含量(以以mg/L计计)，Mf=19.003.此水能否作为饮用水？此水能否作为饮用水？定量方法定量方法p 标准曲线法标准曲线法 以所测得电动势以所测得电动势E E为纵坐标，浓度为纵坐标，浓度c c的负对的负对数数-lgc-lgcF F-为横坐标，绘制标准曲线。为横坐标，绘制标准曲线。在一定实验条件下，先测定体积为在一定实验条件下，先测定体积为VxVx，浓度为，浓度为CxCx的的试液电池的电动势试液电池的电动势ExEx，然后在其中加入浓度为，然后在其中加入浓度为cscs，体积为体积为VsVs的含待测离子的标准溶液（要求：的含待测离子的标准溶液（要求：VsVs约为约为试液体积的，而试液体积的，而cscs则为则为cxcx的的100100倍左右）在同一实倍左右）在同一实验条件下再测其电池的电动势验条件下再测其电池的电动势Ex+sEx+s，则，则2525时时 p 标准加入法标准加入法定量方法定量方法其中：其中：斜率（斜率（S S）需要在相同实验条件下测量求得。）需要在相同实验条件下测量求得。思考题思考题1.1.为什么要加入总离子强度调节缓冲剂为什么要加入总离子强度调节缓冲剂?如何配如何配制？制？2.2.为什么要清洗氟电极，使其响应电位值高于为什么要清洗氟电极，使其响应电位值高于 220 mV220 mV？总离子强度调节缓冲剂 维持试液和标准溶液恒定的离子强度 保持试液在离子选择性电极适合的pH范围内 使被测离子释放成为可检测的游离离子 1mol/L的NaCl，使溶液保持基本稳定的离子强度；0.25mol/L的HAc和0.75mol/L的NaAc，使溶液pH保持在5左右；0.001mol/L的柠檬酸钠，掩蔽Fe3+、Al3+等干扰离子。p 作用p 配制方法氟离子选择性电极清洗氟离子选择电极的空白电位值是体现电极质量的主要参数，同一厂家、型号的电极，其值愈大愈好。空白电位值因生产厂家的不同而要求不一，在使用中应严格按厂家要求进行洗涤至某一电位值，如340mV或220mV以上。一般情况下，氟离子选择电极洗到接近最大空白电位值时，其工作性能最好。此时，氟离子选择电极的线性范围大，测试的稳定性最好。最大空白值与氟离子选择电极生产厂家、使用、保养和维护等诸多因素有关，要求氟离子选择电极的最大空白值一致是不可能的。另外，测定标准溶液和样品溶液前，控制空白电位值相同，以提高测试的精密度和准确度。