测定水中氟化物质量浓度-环境科学与工程实验

（一）实验目的和要求

（1）掌握用氟离子选择电极法测定水中氟化物的原理和基本操作。

（2）掌握离子活度计或精密pH计及氟离子选择电极的使用方法。

（3）了解干扰测定的因素和消除方法。

（二）实验原理

氟化物（F^-）是人体必需的微量元素之一，缺氟易患龋齿病，饮用水中含氟的适宜质量浓度为0.5～1.0mg/L（F^-）。长期饮用含氟量高于1～1.5mg/L的水时，易患斑齿病，水中含氟量高于4mg/L时，则导致氟骨症，因此，水中氟化物的含量是衡量水质的重要指标之一。本实验采用氟离子选择电极法测定游离态氟离子的质量浓度。

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。该原电池的电动势与氟离子活度的对数呈线性关系，故通过测量电极与已知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，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水和工业废水，以及含氟硼酸盐的水样均要进行预蒸馏。

（三）实验仪器与试剂

1.仪器

（1）氟离子选择电极 使用前在去离子水中充分浸泡。

（2）饱和甘汞电极。

（3）精密pH计或离子活度计 精确到0.1mV。

（4）磁力搅拌器和塑料包裹的搅拌子。

（5）容量瓶 1000mL、100mL、50mL。

（6）移液管或吸量管 10mL、5mL。

（7）聚乙烯杯 100mL。

2.试剂

除另有说明外，所用试剂均为分析纯；所用水为去离子水或无氟蒸馏水。

（1）氟化物标准贮备液 称取0.2210g基准氟化钠（NaF）（预先于105～110℃烘干2h或者于500～650℃烘干约40min，冷却），用水溶解后转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀，贮存在聚乙烯瓶中。此溶液每毫升含氟离子100μg。

（2）乙酸钠溶液 称取15g乙酸钠（CH₃COONa）溶于水，并稀释至100mL。

（3）盐酸 2mol/L。

（4）总离子强度缓冲剂（TISAB）称取58.8g二水合柠檬酸钠和85g硝酸钠，加水溶解，用盐酸调节pH至5～6，转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。

（四）测定步骤

1.仪器准备和操作

按照所用测定仪器和电极使用说明书，首先接好线路，将各开关置于“关”的位置；开启电源开关，预热15min，以后操作按说明书要求进行。

2.水样的采集和制备

按要求采集水样，并用聚乙烯瓶保存水样。当水样中含有化合态（如氟硼酸盐）、络合态的氟化物时，应预先蒸馏分离后测定。

3.氟化物标准溶液制备(www.xing528.com)

用氟化物标准贮备液、吸量管和100mL容量瓶制备每毫升含氟离子10μg的标准溶液。

4.标准曲线绘制

用吸量管取1.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL、20.00mL氟化物标准溶液，分别置于5只50mL容量瓶中，加入10mL总离子强度缓冲剂，用水稀释至标线，摇匀。分别移入100mL聚乙烯杯中，放入一只搅拌子，按质量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（E）。在每次测量之前，都要用水将电极冲洗干净，并用滤纸吸去水分。在半对数坐标纸上绘制标准曲线，质量浓度标于对数分格上，最低质量浓度标于横坐标的起点。

5.水样测定

用无刻度吸量管吸取适量水样，置于50mL容量瓶中，用乙酸钠溶液或盐酸调节至近中性，加入10mL总离子强度缓冲剂，用水稀释至标线，摇匀。将其移入100mL聚乙烯杯中，放入一只搅拌子，插入电极，连续搅拌溶液，待电位稳定后，在连续搅拌下读取电位（E_x）。在每次测量之前，都要用水充分冲洗电极，并用滤纸吸去水分。

根据测得的电位，由标准曲线上查得溶液氟化物的质量浓度，再根据水样的稀释倍数计算其氟化物含量。计算公式如下：

式中 ρ_F-——水样中氟离子的质量浓度，mg/L

ρ_测——标准曲线查得的氟离子的质量浓度，mg/L

V——水样体积，mL

50——水样定容后的体积，mL

6.空白实验

用去离子水代替水样，按测定水样的条件和步骤测定电位值，检验去离子水和试剂的纯度，如果测定值不能忽略，应从水样测定结果中减去该值。

当水样组成复杂时，宜采用一次标准加入法，以减小基体的影响。操作：先按步骤5测定出水样溶液的电位（E₁），然后向水样溶液中加入与其氟含量相近的氟化物标准溶液（体积为水样溶液的1/100～1/10），在不断搅拌下读取稳定电位（E₂），按下式计算水样中氟化物的含量：

式中 ρ_x——水样中氟化物（F^-）的质量浓度，mg/L

V_x——水样体积，mL

ρ_s——氟化物标准溶液的质量浓度，mg/L

V_s——加入氟化物标准溶液的体积，mL

ΔE——等于E₁-E₂（对阴离子选择电极），其中，E₁为测得水样溶液的电位，E₂为水样溶液中加入氟化物标准溶液后测得的电位

s——氟离子选择电极实测斜率

如果V_s≪V_x，则上式可简化为：

（五）结果处理

（1）绘制标准曲线。

（2）计算水样中氟化物的含量。

（3）分析测定方法中采取的控制或消除各种干扰因素的措施。

（六）思考与讨论

（1）分析影响测定准确度的因素和加入总离子强度缓冲剂的作用。

（2）根据测定结果，分析所测样品受氟污染的程度。