离子选择性电极法测定溶液中氟离子
一、实验目的
1、了解电位分析法的基本原理。 2、掌握电位分析法的操作过程。
3、掌握用标准曲线法测定水中微量氟离子的方法。 4、了解总离子强度调节液的意义和作用。
二、实验原理
一般氟测定最方便、灵敏的方法是氟离子选择电极。氟离子选择电极的敏感膜由LaF3单晶片制成，为改善导电性能，晶体中还掺杂了少量0．1％～0．5％的EuF2和1％～5％的CaF2。膜导电由离子半径较小、带电荷较少的晶体离子氟离子来担任。Eu2+、Ca2+代替了晶格点阵中的La3+，形成了较多空的氟离子点阵，降低了晶体膜的电阻。
将氟离子选择电极插入待测溶液中，待测离子可以吸附在膜表面，它与膜上相同离子交换，并通过扩散进入膜相。膜相中存在的晶体缺陷，产生的离子也可以扩散进入溶液相，这样在晶体膜与溶液界面上建立了双电层结构，产生相界电位，氟离子活度的变化符合能斯特方程：
2.303RTE?K?lgaF?
F 氟离子选择电极对氟离子有良好的选择性，一般阴离子，除OH-外，均不干扰电极对氟离子的响应。氟离子选择电极的适宜pH范围为5-7。一般氟离子电极的测定范围为10-6~10-1mol／L。水中氟离子浓度一般为10-5mol／L。
在测定中为了将活度和浓度联系起来，必须控制离子强度，为此，应该加入惰性电解质(如KNO3)。一般将含有惰性电解质的溶液称为总离子强度调节液(total Ionic strength adjustment buffer，TISAB)。对氟离子选择电极来说，它由KNO3、柠檬酸三钠溶液组成。
用离子选择电极测定离子浓度有两种基本方法。方法一：标准曲线法。先测定已知离子浓度的标准溶液的电位E，以电位E对lgc作一工作曲线，由测得的未知样品的电位值，在E-lgc曲线上求出分析物的浓度。方法二：标准加人法。首先测定待分析物的电位E1，然后加人已知浓度的分析物，记录电位E2，通过能斯特方程，由电位E1和E2可以求出待分析物的浓度。本实验测定氟离子采用标准曲线法。
三、仪器与试剂
氟离子选择电极一支；饱和甘汞电极一支；恒温水浴锅一台。100mL烧杯若干个，50mL 容量瓶若5个，25mL 移液管、10mL移液管，1mL 和10mL有分刻度的移液管各一支，100mL容量瓶一个。
NaF(基准试剂)；KNO3(分析纯)；柠檬酸三钠(分析纯)；NaOH(分析纯)。 氟标准溶液0.5g/L：称取于120°C 干燥2小时并冷却的NaF 1.106g溶于去离子水中，而后转移至1000 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，保存在聚乙烯塑料瓶中备用。
氟标准溶液0.2g/L：移取0.5g/L 氟离子标准溶液20mL稀释到50mL。实验前随配随用，用完倒掉洗净容量瓶。
依照上述方法依次配制0.01g/L、0.04g/L的氟标准溶液。
氟标准溶液60mg/L：移取0.5g/L 氟离子标准溶液6mL与TISAB溶液25mL至50ml容量瓶，稀释至刻度，摇匀。
按照上述方法依次配制0.2mg/L、0.6mg/L、0.8mg/L、1.6mg/L、2.0mg/L、4.0mg/L、5.6mg/L、7.2mg/L、12mg/L、16mg/L、20mg/L、40mg/L、65mg/L、70mg/L的氟标准溶液。
TISAB溶液：称取294g柠檬酸三钠和20g硝酸钾溶解于800ml水中，用硝酸溶液（1+5）调节溶液的PH为6，用水稀释至1000ml，摇匀。
四、实验步骤
1、氟离子电极的准备
氟离子电极在使用前，宜在纯水中浸泡数小时或过夜，或在10-3mol/L NaF溶液中浸泡1-2小时，再用去离子水洗到空白电位为300mv左右。电极晶片勿与坚硬物碰擦，晶片上如有油污，用脱脂棉依次以酒精、丙酮轻拭，再用去离子水洗净。连续使用期间的间隙内，可浸泡在水中，长期不用，则风干后保存。
2、预热仪器约30min, 接入氟电极与参比电极。 3、标准曲线法测氟离子浓度
(1) 将标准系列溶液由低浓度到高浓度依次转入塑料烧杯中, 放入30℃恒温水浴锅,插入氟电极和参比电极, 搅拌2min, 静置5min, 待电位稳定后读数，记录电位值E。以测得的毫伏数为纵坐标，以F- 浓度为横坐标做标准曲线。
(3) 溶液中F- 浓度的测定。准确量取5mL溶液于50mL容量瓶中，再分别移取25mL TISAB溶液于上述容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀，测定电位。
五、实验数据及结果
1、对各标准溶液进行测定。
表1 各标准溶液所测得电位值 含量mg/L lgC 电位mV 0.2 -0.698970004 228 0.6 -0.22184875 225.4 0.8 -0.096910013 212.4 1.6 0.204119983 208.5 2 0.301029996 201 4 0.602059991 189.3 5.6 0.748188027 186.9 7.2 0.857332496 179.7 12 1.079181246 167.3 16 1.204119983 159.3 20 1.301029996 137.6 40 1.602059991 133.2 60 1.77815125 123 65 1.812913357 118 70 1.84509804 112.5
图1 E-lgC标准曲线
2、对各待测液进行测定，测得的数据代入标准曲线中，即可得到氟离子浓度。由于最后用于测定的溶液是母液稀释10倍之后得到的，因此可通过换算得母液中氟离子浓度。
表2 待测液所测得电位值及其氟离子浓度 编号 电位mV 待测液氟离子浓度mg/L 母液氟离子浓度mg/L 1 2 3 4 5 6 7 165.7 158.3 155.8 164.7 170.7 175.2 171.3 0.953832842 1.106281288 1.157784141 0.974433984 0.850827136 0.758122 0.838466451 9.538328423 11.06281288 11.57784141 9.744339836 8.508271358 7.58122 8.38466451