用氟电极测定F-浓度的原理是什么

用氟电极测定F-浓度的原理是什么

一.目的
1.掌握直接电位法测定的原理及实验方法.
2.掌握用标准加入法和Gran作图法测定水中微量氟离子方法.
3.学会正确使用氟离子选择性电极和酸度计或离子计.
二.原理
水中氟含量的高低对人体健康有一定影响,饮用水含氟为 0.5mg/L左右为宜.氟含量过高易患氟斑牙或发生氟中毒,而过低又会引起龋齿病.通常超过1.4mg/L的水禁止使用.
氟的测定通常采用比色和直接电位法(即氟离子选择性电位法).前者的测定范围较宽,但干扰因素多,往往需对试样进行预处理.后者的测量范围虽不如前者宽,但可满足水质分析要求,且操作简单,干扰因素少,不需要对水进行预处理.因此,直接电位法已广泛用于水中氟的测定.
本实验中,应用氟离子选择性电极与饱和甘汞电极(S.C.E接正极),待测试液组成原电池.若在待测试液加入TISAB,使离子强度保持恒定,那么测量得到的电池电动势E与氟离子浓度关系式为:
2.303RT
E=K'+ ─────logCF-
F
=K'+SlogCF-
据此,当氟离子浓度在1--10-6mol·L-1范围内电池电动势E 与氟离子浓度的对数logCF-呈直接关系.这就是直接电位测定氟离子的理论基础.
1.标准加入法:
当试样成份复杂,组成变化较大时采用此法.先测体积为VX的未知试液的电动势EX,然后向未知试液加入体积为VS(约为VX/100),浓度为CS的标准溶液,测得电动势为EX+S,即可用下式求出待测试液中F-的浓度:
CSVS
CF- = ────×[10△E/S-1]-1
VX
式中△E=EX+S-EX,S为电极的实际斜率.
2.Gran作图法:
本法属多次等体积标准加入法.采用新的作图法求离子浓度的一种实验技术.当未知液加入的体积为Vs,浓度的Cs标准溶液后,其电池电动势
CF-VX+CSVJ
E=K'+Slog ━━━━━━━━
VX+VS
即
(Vx+Vs)10E/S=10K'/S(CF-VX+CSVS)
若以(VX+VS)10E/S对VS作图便一直线,外延直线,在轴上得交点Ve,此时
CF-VX+CSVE=0
故CF-=-CSVe/VX
实际作图时为省去纵坐标的烦杂数字计算,可利用10% 体积校正的格氐作图纸(见图1).此种作图纸纵坐标是反对数设计的,因此可直接标以E值,横坐标代表加入标准溶液体积,每大格代表体积数为待测的溶液体积百分之一.此种作图纸斜率S是固定的,对一价离子为58mv/px,二价离子为 29mv/px.若实际使用的电极斜率与此不符,可进行电位校正,也可作空白校正.
三.试剂
1.pHS-2或pHS-3C或专用离子计.
2.232型甘汞电极,氟离子选择性电极.
3.电磁搅拌器(附多个磁棒).
4.50ml容量瓶,100ml容量瓶.
5.1ml、5ml、10ml移液管各一支
6.0.1g/L 氟标准溶液:准确称取于120℃ 干燥2h并冷却的A·RNaF0.2210g,溶于蒸馏水中,转入1L容量瓶,用水定容 .贮于聚乙烯塑料瓶中,使用时逐级稀释至所需浓度.
7.总离子强度调节缓冲溶液(TISAB):58gNaCl,57ml冰乙酸,3g柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)溶于500ml水中,以5mol·L-1NaOH溶液调pH
到5.0-5.5.冷至室温,转入1L容量瓶,用水定容.
四.步骤
1.清洗电极
将电极与仪器有关接线柱相连接(SCE接+,氟离子选择电极接-),并插入纯水中,按pHS-2型酸度计(或离子计 )使用规则校正好仪器(-mv档).启动搅拌器,搅拌数min,读取稳定的电位值.若未达到氟电极的空白值(约为300mv左右),需更换纯水,继续清洗电极.如此反复,直至达到电极的空白值.
2.水样测定
移取25ml水样于干净的100ml烧杯中,加25mlTISAB,放入搅拌棒,插入清洗合格的电极(应用滤纸吸去水滴),在电磁搅拌下(3min)读取稳定的电位值E.然后每加入0.5ml50mg/L氟标准溶液,再读出稳定的电位值.如此连续5次记录各累积体积及其相对应的电位值 (E1,E2,E3,E4,E5)
3.空白试验:移取25ml纯水代替水样,其余测定手续同水样测定.
五.数据处理
1.用标准加入公式计算水样中氟含量.
C'F-=VSCS(10ΔE/S-1)/(2VX)
C'F-=2CF-'
式中CS为氟标准溶液浓度(mg/L).
VX为水样体积(ml).
C'F-为水样中氟浓度
2.用Gran作图法求水样中氟含量.
在Gran作图纸上按水样和空白试验所得电位值(Ei),以Ei对VS作图.所作两条直线外推至与横轴相交,得到Ve和Vo,试样中氟浓度可按下式计算:
C'F-=-CS(VE-VO)/VX