一.目的
1.掌握直接電位法測定的原理及實驗方法.
2.掌握用標準加入法和Gran作圖法測定水中微量氟離子方法.
3.學會正確使用氟離子選擇性電極和酸度計或離子計.
二.原理
水中氟含量的高低對人體健康有一定影響,飲用水含氟為 0.5mg/L左右為宜.氟含量過高易患氟斑牙或發(fā)生氟中毒,而過低又會引起齲齒病.通常超過1.4mg/L的水禁止使用.
氟的測定通常采用比色和直接電位法(即氟離子選擇性電位法).前者的測定范圍較寬,但干擾因素多,往往需對試樣進行預處理.后者的測量范圍雖不如前者寬,但可滿足水質分析要求,且操作簡單,干擾因素少,不需要對水進行預處理.因此,直接電位法已廣泛用于水中氟的測定.
本實驗中,應用氟離子選擇性電極與飽和甘汞電極(S.C.E接正極),待測試液組成原電池.若在待測試液加入TISAB,使離子強度保持恒定,那么測量得到的電池電動勢E與氟離子濃度關系式為:
2.303RT
E=K'+ ─────logCF-
F
=K'+SlogCF-
據(jù)此,當氟離子濃度在1--10-6mol·L-1范圍內電池電動勢E 與氟離子濃度的對數(shù)logCF-呈直接關系.這就是直接電位測定氟離子的理論基礎.
1.標準加入法:
當試樣成份復雜,組成變化較大時采用此法.先測體積為VX的未知試液的電動勢EX,然后向未知試液加入體積為VS(約為VX/100),濃度為CS的標準溶液,測得電動勢為EX+S,即可用下式求出待測試液中F-的濃度:
CSVS
CF- = ────×[10△E/S-1]-1
VX
式中△E=EX+S-EX,S為電極的實際斜率.
2.Gran作圖法:
本法屬多次等體積標準加入法.采用新的作圖法求離子濃度的一種實驗技術.當未知液加入的體積為Vs,濃度的Cs標準溶液后,其電池電動勢
CF-VX+CSVJ
E=K'+Slog ━━━━━━━━
VX+VS
即
(Vx+Vs)10E/S=10K'/S(CF-VX+CSVS)
若以(VX+VS)10E/S對VS作圖便一直線,外延直線,在軸上得交點Ve,此時
CF-VX+CSVE=0
故CF-=-CSVe/VX
實際作圖時為省去縱坐標的煩雜數(shù)字計算,可利用10% 體積校正的格氐作圖紙(見圖1).此種作圖紙縱坐標是反對數(shù)設計的,因此可直接標以E值,橫坐標代表加入標準溶液體積,每大格代表體積數(shù)為待測的溶液體積百分之一.此種作圖紙斜率S是固定的,對一價離子為58mv/px,二價離子為 29mv/px.若實際使用的電極斜率與此不符,可進行電位校正,也可作空白校正.
三.試劑
1.pHS-2或pHS-3C或專用離子計.
2.232型甘汞電極,氟離子選擇性電極.
3.電磁攪拌器(附多個磁棒).
4.50ml容量瓶,100ml容量瓶.
5.1ml、5ml、10ml移液管各一支
6.0.1g/L 氟標準溶液:準確稱取于120℃ 干燥2h并冷卻的A·RNaF0.2210g,溶于蒸餾水中,轉入1L容量瓶,用水定容 .貯于聚乙烯塑料瓶中,使用時逐級稀釋至所需濃度.
7.總離子強度調節(jié)緩沖溶液(TISAB):58gNaCl,57ml冰乙酸,3g檸檬酸鈉(Na3C6H5O7·2H2O)溶于500ml水中,以5mol·L-1NaOH溶液調pH
到5.0-5.5.冷至室溫,轉入1L容量瓶,用水定容.
四.步驟
1.清洗電極
將電極與儀器有關接線柱相連接(SCE接+,氟離子選擇電極接-),并插入純水中,按pHS-2型酸度計(或離子計 )使用規(guī)則校正好儀器(-mv檔).啟動攪拌器,攪拌數(shù)min,讀取穩(wěn)定的電位值.若未達到氟電極的空白值(約為300mv左右),需更換純水,繼續(xù)清洗電極.如此反復,直至達到電極的空白值.
2.水樣測定
移取25ml水樣于干凈的100ml燒杯中,加25mlTISAB,放入攪拌棒,插入清洗合格的電極(應用濾紙吸去水滴),在電磁攪拌下(3min)讀取穩(wěn)定的電位值E.然后每加入0.5ml50mg/L氟標準溶液,再讀出穩(wěn)定的電位值.如此連續(xù)5次記錄各累積體積及其相對應的電位值 (E1,E2,E3,E4,E5)
3.空白試驗:移取25ml純水代替水樣,其余測定手續(xù)同水樣測定.
五.數(shù)據(jù)處理
1.用標準加入公式計算水樣中氟含量.
C'F-=VSCS(10ΔE/S-1)/(2VX)
C'F-=2CF-'
式中CS為氟標準溶液濃度(mg/L).
VX為水樣體積(ml).
C'F-為水樣中氟濃度
2.用Gran作圖法求水樣中氟含量.
在Gran作圖紙上按水樣和空白試驗所得電位值(Ei),以Ei對VS作圖.所作兩條直線外推至與橫軸相交,得到Ve和Vo,試樣中氟濃度可按下式計算:
C'F-=-CS(VE-VO)/VX