离子选择性电极法测定水中氟离子

华南师范大学实验报告

学生姓名： 学号：

专业： 化学 年级班级：

课程名称：仪器分析实验 实验项目：离子选择性电极法测定水中氟离子 实验时间：2010年3月24日 实验指导老师：胡小刚 实验评分：

离子选择性电极法测定水中氟离子

一、实验目的

1、 掌握直接电位法的测定原理及实验方法。 2、 学会正确使用氟离子选择性电极和酸度计。

3、 了解氟离子选择性电极的基本性能及其测定方法。

二、实验原理

氟离子选择电极是一种以氟化镧（LaF3）单晶片为敏感膜的传感器。由于单晶结构对能进入晶格交换的离子有严格地限制，故有良好的选择性。将氟化镧单晶（掺入微量氟化铕（ⅱ）以增加导电性）封在塑料管的一端，管内装有

0.1mol·L-1NaF和0.1mol·L-1NaCl溶液，以Ag-AgCl电极为参比电极，构成氟离子选择性电极。用氟离子选择性电极测定水样时，以氟离子选择电极作指示电极，以饱和甘汞电极作参比电极，组成的测量电池为

Ag,AgCl [10-3mol/L NaF,10-3mol/L NaCl]LaF3 F-(试液) KCl(饱和),Hg2Cl2 Hg 电池的电动势（E）随溶液中氟离子的浓度的变化而改变，即 E(电池) = E（SEC）- E（F）

= E（SCE）- k + RT/F lnα(F,外)

= K + RT/F lnα(F,外) = K +0.059 lna(F，外)

式中，0.059为常温下电极的理论响应斜率，,K与内外参比电极，内参比溶液中F-活度有关，当实验条件一定时为常数。

用氟离子选择电极测量F- 时，最适宜PH值范围为5.5~6.5。PH值过低，易形成HF，影响F-的活度；PH值过高，易引起单晶膜中La3+的水解，形成La（OH）3，影响电极的响应，故通常用PH值约为6的柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的PH值。某些高价阳离子（如Al3+、Fe3+）及氢离子能与氟离子络合而干扰测定，而柠檬酸盐可以消除Al3+、Fe3+的干扰。在碱性溶液中，氢氧根离子浓度大于氟离子浓度的1/10时也有干扰，而柠檬酸盐可作为总离子强度调节剂，消除标准溶液与被测溶液的离子强度差异，使离子活度系数保持一致。

氟离子选择电极法具有测定简便、快速、灵敏、选择性好、可测定浑浊、有色水样等优点。最低检出浓度为0.05mg/L（以F-计）；测定上限可达1900mg/L（以F-计）。适用于地表水、地下水和工业废水中氟化物的测定。

三、仪器和试剂

1．仪器：PHS-3C pH计，85-2型恒温电磁搅拌器，氟离子选择性电极，饱和甘汞电极，1mL，5mL，10mL吸量管，25mL移液管，100mL，50mL烧杯各一个，50mL容量瓶7个，胶头滴管，洗耳球，滤纸，镊子。

2. 试剂：氟离子标准溶液：0.100mol/L；1.0×10-3mol/L，柠檬酸钠缓冲溶液：0.5mol/L（用1：1盐酸中和至PH值约为6），去离子水。

四、实验步骤

1、 预热及电极安装

将氟离子标准溶液和甘汞电极分别与pH/mV计相接，开启仪器开关，预热仪器。 2、 清洗电极

取去离子水50~60mL置于100mL烧杯中，放入搅拌磁子，插入氟电极和饱和甘汞电极。开启搅拌器，2min后，若读数大于-300V，则更换去离子水，继续清洗，直至读数小于-300V。 3、工作曲线法

（1）标准溶液的配制及测定

分别准确移取氟离子（0.100mol/L）标准溶液0.20，0.40，1.00，2.00，4.00，10.00mL于6个50mL容量瓶中，各加入5.00mL柠檬酸盐缓冲溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀。得到浓度为0.4×10-3，0.8×10-3，2×10-3，4×10-3，8×10-3，20×10-3的系列标准溶液。

用待测的标准溶液润洗塑料烧杯和搅拌磁子2遍。用干净的滤纸轻轻吸附粘在电极上的水珠。将剩余的氟水样全部倒进塑料烧杯中，放入搅拌磁子，插入洗净的电极进行测定。待读数不变稳定后，读取电位值。按顺序从低至高浓度依次测量，每测量一份试样，无需清洗电极，只需用滤纸轻轻沾去电极上的水珠。测量结果列表记录。 （2）水样的测定

取氟水样25.00mL于50mL容量瓶中，加入5.00mL柠檬酸盐缓冲溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀。待测。用少许氟水样润洗塑料烧杯和搅拌磁子2遍。用干净的滤纸轻轻吸附粘在电极上的水珠。将剩余的氟水样全部倒进塑料烧杯中，放入搅拌磁子，插入洗净的电极进行测定。待读数不变稳定后，读取电位值。

五、结果处理 数据记录如下： CF0.4×0.8×2×10-3 4×10-3 8×10-3 2×10-2 待测样（mol/L） 10-3 10-3 品 Ei（mV） -215 -195 -169 -149 -129 -102 -100 1、用系列标准溶液的数据，在坐标纸上绘制E—lgCF-曲线。

Ei-lgC(F-)0-4-3-2-1-50y = 66.355x + 10.4772R = 10-100系列1线性 (系列1)-150Ei-200-250lgC(F-)

2、根据水样测得的电位值E1，从标准曲线上查到其氟离子浓度，计算水样中氟离子的含量(以mol/L 计)。

由计算机处理得标准曲线方程为y =66.355x + 10.477 相关系数R = 1

由水样测得的电位值Ei = 100 mV，代入标准曲线方程可得，氟离子的lgC（F-）=-1.665，故氟离子的浓度为C（F-）= 0.0216mol/L，则水样中的氟离子的含量为C（F-）=0.0432 mol/L=822mg/L

六、问题讨论

1．氟离子选择电极在使用时应注意哪些问题?

答：氟离子选择电极在使用前，应在含10-4 moL L-1 F-或更低浓度的F-溶液中浸泡（活化）约30 min。使用时，先用去离子水吹洗电极，再在去离子水中洗至电极的纯水电位（空白电位）。其方法是将电极浸入去离子水中，在离子计上测量其电位，然后，更换去离子水，观察其电位变化，如此反复进行处理，直至其电位稳定并达到它的纯水电位为止。氟离子选择性电极的纯水电位与电极组成（LaF3单晶的质量，内参比溶液的组成）有关，也与所用纯水的质量有关，一般为-300 mV左右。氟离子选择电极若暂不使用，宜于干放。

在使用时，一定要注意把溶液的pH控制在5~6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，电极表面会发生反应：LaF3-+3OH-→La(OH) 3+3F-；在较高的酸度下，由于HF和HF2-的生成，会使F-活动降低。

2、为什么要清洗氟电极，使其响应电位值负于-370mV？

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对实验的影响，使其相应电位值负于-370mV是为了证明F电极的点位已经平衡很好。

3、柠檬酸盐在测定溶液中起到哪些作用？ 答：①、调节溶液的pH；

②、与溶液中可能存在的干扰离子Fe3+、Al3+形成比干扰离子与F-更稳定的络合物，掩蔽干扰离子Fe3+、Al3+； ③、调节溶液的离子强度。

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