氟離子選擇電極測定天然水中氟離子含量許詩赫PB14007321【實驗目的】1、 熟悉電位法的基本原理和一般分析方法；2、 了解離子計的結構并掌握其基本操作技術；3、 了解氟離子選擇電極的基本功能，掌握離子計的使用方法。【基本原理】0原理概述：氟離子選擇電極對F-有選擇性響應，并且在一定條件下，電池電勢與試液中的氟離子濃度的對數呈線性關系。通過氟離子選擇電極可以定量測出自來水中的氟離子濃度。0氟離子選擇電極：電極底部敏感膜由LaF3單晶片制成，單晶中常加入少量的EuF2以增加其導電性，當電極插入含有F-的溶液時，F-在敏感膜與溶液界面擴散及在晶格的空穴中移動產生膜電位，電極電位的能斯特方程為：RT廠Ef_=k-2.303 FlgaF_=k-SlgaF_RZe（k為常數；s=2.303—F為電極的斜率）實際測量時，F-選擇電極與一支參比電極（如飽和甘汞電極）一同插入被測溶液中組成測量電池，電池的圖解表示式為：氟離子選擇電極I試液（c=x）I飽和甘汞電極（SCE）該電池的電池電勢為：E=Esce-Ef_=Esce-ks+lgaF-將Esce和k合并，用e0表示有：E=E0+SlgaF-當溶液中加入較高濃度的TISAB溶液（總離子強度調節緩沖液）以維持恒定的離子強度時，可改寫為：E=E0+slgcF_25°C時，電池電勢E為：E=E0+0.0592lgcF-可見，在一定條件下，電池電勢與試液中的氟離子濃度的對數呈線性關系。0可以采用的實驗方法：工作曲線法、標準加入法、儀器直讀等其他方法。0天然水中的氟離子：一般天然水中氟離子的含量很低。在河流、湖泊等地表水中氟的含量通常為百分之幾至十分之幾毫克/升，而在地下水中氟含量則在1mg/L左右，在某些礦泉水中可能有更高的含量。當水中的氟含量超過1mg/L時不易飲用，因長期飲用會患斑齒癥。但若飲用水中氟離子的含量過低，則又會得齒齲病。【儀器與試劑】1、 儀器：pXSJ-226離子計；氟離子選擇電極；飽和甘汞電極；電磁攪拌器。2、 試劑:NaF標準溶液：LOOxlO^mol/L；TISAB溶液。【實驗步驟】1、 氟離子選擇電極的預處理：氟離子選擇電極在使用前于10-3mol/L的NaF溶液中活化1?2小時，用去離子水清洗后，與飽和甘汞電極組成測量電池，在純水中測量電池的電動勢；2、 溶液配制：配制氟離子的標準系列溶液：移取1.00x10-1mol/L的NaF的標準溶液5.00ml于50ml容量瓶中，加入10mL的TISAB溶液，用去離子水稀釋到刻度搖勻，便為10- 清潔電極： 標定電極斜率:mol/L的F-溶液，余此類推，用逐級稀釋法再配制10-3?10-6mol/L的F-標準溶液； 清潔電極： 標定電極斜率:試液的配制：移取湖水(自來水)25.00ml于50ml容量瓶中，加入10mLTISAB溶液用去離子水稀釋到刻度搖勻;將配制的標準溶液分別傾入20mL左右于50mL燒杯中，同時用移液管準確移取試樣溶液25.00mL于50mL燒杯中待測。將放在燒杯中的配制好的標準溶液(10-2?10-6)和未知溶液，移液管放在托盤中帶入實驗室，其他容器留在樣品操作間；3、上機操作測量：測量前儀器要預熱半小時左右。測量有多種模式(pH模式、pX模式、直讀濃度、已知添加、未知添加、GRAN模式)，本實驗的測量模式為已知添加法。操作如下：選擇測量離子和手動輸入溫度值：選擇測量離子：按屏幕上的“設置”一“離子模式”一“確認”一按“上”、“下”、“左”、“右”箭頭選擇被測離子一“確認”；設置溫度：“設置”一“手動溫度”一“確認”一“手動溫度”一輸入要填的溫度值一“確認”；按屏幕上的“測量”-“已知添加”-“標定”：儀器提示將兩個電極放入標液1中-“濃度J“確認”—“單位”：輸入濃度單位（mmol/L）—按“確認”—待讀數穩定后按“確認鍵”—記錄下穩定后的電位值。隨后的標液均可點擊屏幕方框中的“繼續標定”，依次標液2?5—操作同1；（4） 未知液測定：最后一個標液測完后，重新回到已知添加設置窗口。充分沖洗指示電極，擦干后放入未知溶液中，觸摸相應的鍵，輸入未知溶液的體積（25.00mL）、要添加的標液的體積（0.30mL）和濃度（1.0mmol）以及濃度單位—按“確認”，待響應電位穩定后記下未知液的mV值（Ex）并按“確認”鍵。爾后加入0.30mL濃度為1.0mmol/L的標準溶液搖勻，待響應電位穩定后記下添加標液后的mV值（Es）并按“確認”鍵。等待儀器自動顯示試液的濃度。【數據處理與實驗結果分析】1、記錄實驗參數：實驗前溫度：25.1r；實驗后溫度：25.0°C；代入S2.30~Fs-0.059222、（1）標準工作曲線法：E-logCF一實驗數據表根據系列標準溶液測定的結果，繪制E?E-logCF一實驗數據表濃cF-(mol/L)10-610-510-410-310-2U(mV)287.3251.3199.5146.185.4logCF--6-5-4-3-2表1而自來水對應的電壓值為261.1mV，添加0.30mL后為2mVE-E-lgcF-曲線擬合圖1從圖中可以看出，第一個點與其他點偏離較大，可能與實驗精度有關故舍去，作下圖:E-lgcF_曲線擬合圖2擬合的直線方程為E（mV）=-SS.lllgCcp-ZCmol-L-1））-22.31線性擬合相關系數R2為0.99789，擬合度很好。代入數據，當E=261.1mV時，lg(cF-Z(mol?L-1))=-5.143，得濃度為cx=7.20x10-6molZL則湖水中氟離子含量為：cf_=2xcx=1.44x10-5molZL=0.0144mmolZL（2）標準加入法：根據公式cV V EZS -1Cx=Vx+V(10-Vx+*)數據如下：Vx=25ml，Vs=0.3ml，cs=10-3molZL，|S|=55.11mV，E=261.1-248.8=12.3mV得cx=1.7344x10-5molZL則湖水中氟離子含量為：cF-=2xcx=3.47x10-5molZL（3）儀器顯示的結果：cx=1.6x10-5molZL則湖水中氟離子含量為：cF-=2xcx=2.4x10-5molZL=0.032mgZL3、比較工作曲線法、標準加入法以及儀器顯示的結果是否一致，如偏差明顯，討論可能產生的原因。根據實驗結果，有：（1） 標準工作曲線法：0.0144mmolZL（2） 標準加入法：0.0347mmolZL（3） 儀器顯示結果：0.032mmolZL由此可知：這三種不同方法得到的氟離子濃度并不相等，儀器顯示濃度結果最大，標準工作曲線法結果最小。下面是簡要分析：（1）標準工作曲線法：由于濃度為10-6molZL的氟離子濃度低于儀器檢出限，偏差很大，因此沒有進行擬合。電極無法完全洗干凈以及去離子水里仍然可能有氟離子等雜離子。這樣便造成了實際上氟離子選擇電極測量的濃度偏大從而造成了擬合斜率偏小最終造成測量結果也偏小，即實際濃度大于曲線擬合結果。而且待測樣品與標定曲線時的溶液背景不同，存在誤差。（2） 標準加入法：由于使用了標準工作曲線法的響應斜率，所以測量結果也應和標準工作曲線法的偏差類似，結果偏小。但是標準加入法消除了背景誤差，結果比標準工作曲線法更為準確，誤差有所減小。（3） 儀器直讀：由于儀器有自己的校準流程，計算所得的工作曲線，并通過構造插值函數，能求得一個相對準確的結果，這樣處理工作曲線可能會比前兩種更準確一些，所以準確性相對較高，更接近真實濃度。【思考題】1、 為什么要加入TISAB溶液？答：TISAB溶液由冰醋酸、氯化鈉、檸檬酸鈉溶解于蒸餾水，再用NaOH溶液調至pH5.0?5.5，它的作用有：（1）調節溶液的pH；（2） 與溶液中可能存在的干擾離子Fe3+、Al3+形成比干擾離子與F-更穩定的絡合物，從而掩蔽干擾離子；（3） 調節溶液的離子強度。2、 標準曲線法和標準加入法測定時，對溶液組成和電極響應有何要求？答：當樣品溶液量較少時只能使用標準加入法；另外，由于標準加入法所采集的數據點比較少，所以要求電極更為靈敏。而標準曲線法需要所配制的標準溶液與樣品溶液的體系完全一致。3、 用氟離子選擇性電極能否測定其他離子，如有，請說明測試原理。答：氟離子選擇電極的三氧化鑭晶片只能響應氟離子，所以只有溶液中存在氟離子才能有電極電位。但可以通過間接的辦法測定其他離子，由于氟離子可以與很多半徑較大氧化數高的金屬離子形成穩定的配合物，如A1F63-、等。因此在測得氟離子含量后可以根據配位數計算得到Al的含量。【討論與體會】離子選擇電極是化學學科、環境學科中常見的定量測量無機離子濃度的儀器之一，實驗原理較簡單，操作也較輕松，通過氟離子選擇電極定量測量自來水中的氟離子濃度。以下是本實驗的一些經驗和體會：1、 本實驗在實驗前最好預習相關操作，在老師講解時認真聽講、熟悉操作過程；2、 在預處理電極，測量蒸餾水電動勢時，讀數應在+340mV以上，若小于此值，更換蒸餾水幾次，直至電動勢在+340mV以上，電極初用時，用蒸餾水浸洗1?2天才能達到。若無法達到，很大可能是電極漏水或單晶片玷污，必須重新裝配或做相應清洗；3、 移液時應注意規范，移液管都應按“一洗三潤”，用濾紙擦干外部的水后，才可以進行后面的操作；4、 清洗電極時應用去離子水沖洗，并用濾紙吸去殘留水分；標液的測試要按濃度低向濃度高的順序進行；5、 注意儀器中的濃度單位是mmol/L，所以應先從0.001開始輸入；6、 電極底部敏感膜由/