水中氟化物的测定与评价

一、 实验目的

1. 学习标准曲线法的基本原理和测定技术。

2. 熟悉离子选择性电极的定量分析方法。

二、 实验原理

氟离子选择性电极的传感膜为氟化镧单晶片， 电池的电动势为E＝常数－0.059lgc， 即电池的电动势与试液中氟离子浓度的对数呈线性关系， 这就是离子选择性电极测定氟离子的理论依据。 用氟离子选择性电极测定氟离子时， 最适的p H范围为5.5～6.5， p H过低时，由于形成HF，影响F－的活动；p H过高时，可能由于单晶膜中La3＋水解成La（OH）3，从而影响电极的响应。通常，用p H＝5的醋酸－醋酸钠缓冲溶液来控制溶液的p H，Al3＋对测定有严重的干扰，因为它与F－形成十分稳定的络合物，加大量的醋酸－醋酸钠缓冲溶液可以消除Al3＋的干扰。用离子选择性电极测量的是溶液中离子的活度，因此，必须控制试液和标准溶液的离子强度相同， 大量的醋酸－醋酸钠缓冲溶液的存在可以达到控制溶液离子强度的目的。 一般， 天然水中氟的含量很低， 不超过10mg／L， 工业废水中氟的含量高低不一。 饮用水中氟的多少对人体健康有很大的影响， 若氟化物含量超过1.5mg／L， 长期饮用后会患斑齿症； 若氟的含量过低， 又容易患龋齿病。 我国饮用水标准氟化物含量不得超过1.5mg／L。

将氟离子选择电极和外参比电极 （如甘汞电极） 浸入欲测含氟溶液， 构成原电池。 该原电池电动势与氟离子活度的对数呈线性关系。测量电极与已知F－浓度溶液组成的原电池电动势和电极与待测F－浓度溶液组成原电池的电动势，在离子活度固定的条件下即可计算出待测水样中F－浓度。常用定量方法是标准曲线法和标准加入法。

对于污染严重的生活污染水、工业废水以及含氟硼酸盐的水样，测量F－浓度均要进行预蒸馏。

三、 仪器设备

所用仪器包括磁力搅拌器、 离子活度计或p H计 （精确到0.1m V）、 电极插口转换器、饱和甘汞电极和氟离子选择性电极。

1. 盛溶液的器皿

①200m L聚乙烯塑料瓶——放氟化物标准储备液。

②250m L细口瓶两个——放离子强度调节缓冲溶液和盐酸。

③200m L烧杯——放待测水样。

④200m L烧杯——作为废液缸。

⑤50m L的小烧杯、 牛角勺或镊子——洗转子。

2. 取溶液的器具

①10m L移液管两支——分别吸标准储备液和标准使用液。

②20m L移液管1支——吸待测水样。

3. 测量所用器皿

①50m L的容量瓶6个——配标准系列。

②100m L的容量瓶两个——配TISAB和标准使用液。

③聚四氟乙烯的小烧杯6个——放配好的标准系列。

洗耳球1个、 移液管架1个、 转子1个、 洗瓶1个、 滤纸1～2张 （擦电极上的水）、半对数坐标纸、 分析天平、20m L量筒 （量取离子强度调节缓冲溶液）、 精密p H试纸 （5～8）。

四、 药品试剂

所用水为去离子水或无氟蒸馏水。

1. 氟化物标准储备液

称取0.2210g基准氟化钠 （Na F）（预先于105℃～110℃环境下烘干2h， 或者于500℃～650℃烘干40min， 冷却）， 用水溶解后转入1000m L容量瓶中， 稀释至标线， 摇匀， 然后储存在聚乙烯瓶中。 此溶液每毫升含氟离子100μg。

2.2mo1／L盐酸溶液

五、 测定步骤

1. 仪器准备和操作

首先按照所用测量仪器和电极使用说明接好线路， 将各开关置于 “关” 的位置， 开启电源开关， 预热15min， 后续操作按说明书要求进行。 测量前， 试液应达到室温， 并与标准溶液温度一致 （温差不得超过±1℃）。

2. 氟化物标准溶液的配制

用无分度吸管吸取氟化钠标准储备液10.00m L， 注入100m L容量瓶中， 稀释至标线，摇匀。 此溶液每毫升含氟离子10μg。

3. 总离子强度调节缓冲溶液 （TISAB） 的配制

称取5.88g二水合柠檬酸钠和8.5g硝酸钠， 加水溶解， 用盐酸调节p H至5～6； 转入100m L容量瓶中， 稀释至标线， 摇匀。

4. 标准曲线的绘制

用移液管移取1.00m L、3.00m L、5.00m L、10.00m L、20.00m L氟化物标准溶液， 分别置于5只50m L容量瓶中， 加入10m L总离子强度调节缓冲溶液； 用水稀释至标线， 摇匀； 分别移入100m L聚乙烯杯中， 放入一只塑料搅拌子， 按浓度由低到高的顺序， 依次插入电极， 连续搅拌溶液， 读取搅拌状态下的稳态电位值 （E）。 在每次测量之前， 都要用水将电极冲洗净，并用滤纸吸去水分。在半对数坐标纸上绘制E－lg CF－标准曲线时，浓度标于对数分格上， 最低浓度标于横坐标的起点线上。

5. 水样测定

用移液管移取20.00m L水样， 置于50m L容量瓶中， 加入10m L总离子强度调节缓冲溶液， 用水稀释至标线， 摇匀； 将其移入100m L聚乙烯杯中， 放入一只塑料搅拌子， 插入电极，连续搅拌溶液，待电位稳定后，在继续搅拌下读取电位值（Ex）。在每次测量之前，都要用水充分洗涤电极， 并且滤纸吸去水分。 根据测得的毫伏数， 由标准曲线上查得氟化物的含量。

6. 空白实验

用去离子水代替水样， 按测定样品的条件和步骤进行测定。

7. 整理

实验完成后， 用去离子水将电极冲洗干净， 放入去离子水中； 然后关掉仪器， 将其他玻璃器皿清洗干净， 摆放整齐， 并擦净桌面。

六、 结果计算

从标准曲线上查知稀释水样的浓度和稀释倍数， 即可计算水样中氟化物含量 （mg／L）。

七、 思考题

1. 标准曲线法有何优点？

2. 测定氟离子浓度时为何要控制离子强度？