电位法测定天然水中微量的氟化物.doc

黑 龙 江 大 学

实 验 报 告

课程名称
仪 器 分 析 实 验
实验项目名称
电 位 法 测 天 然 水 中 的 氟 化 物
实验时间
（日期及节次）
2012年11月16日 周五（6-8节） 13:00-15:00 G组
专 业
应用化学
学 院
化学化工与材料学院
年 级
2010 级
学 号
20106209
姓 名
周 原
教 师
曹 尔 新
实验室名称
化 学 楼 <431>
实验成绩
预习情况
操作技术
实验报告
附加：综合创新能力
实验
综合成绩

教师签字

黑龙江大学教务处

实验七 电位法测定天然水中微量的氟化物
（The analysis of fluorine content in water by the potential method）

一、 实验目的和要求
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、 预习要点（结合仪器分析理论课本预习）
1.什么是标准曲线法？
2.离子选择性电极的基本原理是什么？离子选择性电极主要的应用领域？
3.离子选择性电极主要分哪几大系统？各部分的结构、功能及工作流程？
4.离子选择性电极的定量分析方法操作规程见实验课本。
三、 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-0.059 log C,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pH范围为5.5~6.5pH值过低时，由于形成HF，影响F的活动；pH值过高时，可能由于单晶膜中La3+水解La(OH)3，从而影响电极的响应。故通常pH=5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液来控制溶液的pH值，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使溶液中离子的活度，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，一般也都不超过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时，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。
四、 实验仪器与试剂
1、仪器
1.1、PXS-270型通用离子计
1.2、氟离子选择性电极、饱和甘汞电极
1.3、电磁搅拌器
2、 试剂
2.1、氟标准溶液
2.1.1、1.0×101mol/L，F-标准储备液
称取氟化钠（经120℃干燥2小时）4.1190g溶于1000ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，储存于聚乙烯瓶中；
2.1.2、其他浓度的F-溶液也用上述储备液配制
2.2、离子强度缓冲剂
由老师提供（称取氯化钠58g，醋酸-醋酸钠10g溶于800ml蒸馏水中，再加入乙酸57ml，用40%的氢氧化钠溶液调节pH=5然后稀释至1000ml）
五、 实验内容
1、氟离子选择性电极的准备
将氟离子选择性电极放在含10-4mol/L的氟离子溶液中浸泡半小时左右，然后用蒸馏水清洗至电位值约为-300mV左右，若电极暂时不使用宜干放。
2、 标准曲线的绘制（标准曲线法）
用移液管（或者吸量管）分别吸取 1.00、3.00、5.00、10.00、20.00氟化物标准溶液（10.0mg/L），置于50ml 容量瓶中，加入5.00ml 总离子强度缓冲溶液，用蒸馏水稀释至标线，摇匀，分别注入 100ml 聚乙烯杯中，各放入一只塑料搅拌棒，以浓度由低到高为顺序，分别插入电极，连续搅拌溶液，待电位稳定后，再继续搅拌时读取电位值E。在每一次测量之前，都要用水冲洗电极，并用滤纸吸干。绘制E(mV)-log cf-(mg/L)校准曲线，给出校准曲线方程以及相关系数。
3、未知样测定
用移液管吸取两份 25.00ml 氟化物未知溶液，分别置于两个 50.00ml 容量瓶中，各加入 5.00ml 总离子强度缓冲溶液，用蒸馏水稀释至刻度线，摇匀，分别注入 100ml 聚乙烯瓶中，各放入一只塑料搅拌棒，以浓度由低到高为顺序，分别插入电极，连续搅拌溶液，待电位稳定后，再继续搅拌时读取电位值E。在每一次测量之前，都要用水冲洗电极，并用滤纸吸干。测定完之后根据曲线方程计算未知溶液氟化物的含量。
4、 氟化物分析原始记录
由老师提供的表格（水质 氟化物的测定 离子选择电极法）
表1 氟化物分析的叫准曲线
序号
1
2
3
4
5
氟化物标准溶液体积（mL）
1.00
3.00
5.00
10.00
20.00
氟化物的含量（mg/L）
0.200
0.600
1.00
2.00
4.00
氟化物含量的对数值
-0.6990
-0.2218
0
0.3010
0.6020
电位（mV）
264
234
221
202
184
标准曲线方程
截距a=-3.589 斜率b=0.0163 相关系数r=0.9999
表2 未知溶液氟化物含量的测定
序号
稀释倍数
电位（m V）
氟化物浓度（mg/L）
氟化物浓度的平均值（mg/L）
相对平均偏差（%）
1
2倍
240
0.952
0.952
0
2

2倍
240
0.952
5、 计算示例：
1）氟化物的含量计算过程------以氟化物标准溶液体积取1.00mL为例：

同理其他物质的氟化物的含量也可以求出，体积为3.00、5.00、10.00、20.00的氟化物标准溶液分别对应为0.600mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、4.00mg/L
2）氟化物含量对数值的计算过程-----以氟化物的含量0.200mg/L为例：

同理其他物质的氟化物的含量对数也可以求出，含量为0.600mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、4.00mg/L氟化物含量对数值分别对应为-0.2218、0.0000、0.3010、0.6020

6、根据所测定的E(m V)和-log C作图（下页）

图1 电位值E(m V)和-log C（mg/L）的校准曲线图

7、根据图1表中公式来计算未知物的浓度有：
x代表电位值E、y代表-log C
y = 0.0163x - 3.5894
mV
x
240
=
把x代入上式计算得 ：y=0.3226mg/L (y=C)
再由公式：
3226
.
0
log
=
-
c
得：C=0.476mg/L
由于是稀释了2倍，因此原始浓度应该为: C(原始)=0.476*2= 0.952mg/L

综上所述我们可以得出在这个实验中的水样中的F的含量为0.952mg/L
六、 思考题
1、 标准曲线法有何优点？
答：1.标准曲线法原理简单、操作简便、快速的定量、产生的结果也比较精确；2.标准曲线上的点和我们要带入标准曲线公式上的点是同一个仪器测定出来的这样大大的减少了实验仪器产生误差；3.标准曲线法的应用范围比较广；4.绘制好标准工作曲线后测定工作就变得相当简单，可直接从标准工作曲线上读出含量，因此特别适合于大量样品的分析。
2、测定氟离子浓度时为何要控制离子强度？
答：因为控制离子强度可以有效的控制pH值，pH值过低，H+离子与部分F-离子形成HF或HF2-，会降低F-的浓度；pH过高，氟化镧薄膜与OH-离子发生反应而使溶液中F-浓度增加，溶液的酸度对测定有影响，因此要控制好离子强度，而且溶液离子强度大，等浓度的例子活度就小，就不能成以浓度为变量的正比例函数了。
七、 误差分析
1、氟离子选择性电极应在氟离子溶液中浸泡半小时左右且甘汞电极中应该注意有饱和溶液，来防止没有必要的误差。
2、测定时应从低浓度到高浓度，且每次测量的时候一定要润洗干净。
3、搅拌子转速不要太快，也不能太慢。
4、仪器本身有一定的系统误差分析，也就是仪器误差
5、实验样品溶液配置的准确直接影响的准确性，特别是移液定容的过程。
八、实验总结、实验心得
本次实验是本学期最后一次仪器分析实验了，这次实验是大家一组，大家在实验过程中分工明确，有配药品的、有定容的、有测量的、大家有序的结果就是使本次实验圆满成功的完成，也给大学时代的仪器分析实验画上了一个圆满的句号。
通过预习和实验时老师认真细致的讲解，我明白了这次实验的真正的原理、目的、意义还有实验条件，学会了标准曲线法的基本原理和测定技术，熟悉了离子选择性电极的定量分析方法。在实验过程中巩固了容量瓶的使用和电极的使用，使自己的实验手法和技能进一步加强。在处理实验报告的过程中，我更加深刻的了解到了本实验的基本原理，在使用计算机处理的过程中也使我掌握了如何用计算机绘制标准曲线的方法，使自己有所提高。
九、参考文献
1、曾泳淮编。分析化学（仪器分析部分）（第3版）。高等教育出版社，2010.
2、黄德培编。离子选择性电极的原理及应用。新时代出版社，1982.
十、附件：（老师发的原始表格）
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