资源简介

(共45张PPT)
氟化物的测定
教学目标
1.能力目标
（1）能完成氟化物测定的实验准备工作；
（2）能熟练操作电位计；
（3）能完成水中氟化物测定的水样采集、分析测试、数据处理和监测报告编写；
（4）能在检测过程采取适当的质量控制措施。
2.知识目标
（1）熟悉氟化物水样采集及处理方法；
（2）掌握氟化物测定（地表水和污水监测技术规范HJ/T 91-2002）的方法、原理、关键技术和注意事项；
（3）熟悉采样、测定过程质量控制措施；
（4）掌握电位计结构、原理、操作规程及注意事项。
教学目标
3.素质目标
（1）培养良好的实验习惯，保持实验室整洁、有序、安全、规范；
（2）培养学生实事求是、严谨认真、踏实负责的工作态度；
（3）培养学生分析和解决问题的能力。
教学内容
测定方法及原理
1
仪器与试剂
2
操作步骤
3
数据处理
4
课程引入
氟广泛地存在于自然界当中，随着工业的发展，如铝、玻璃、陶瓷、硫酸、磷肥等工业都可排出大量含氟废气、废水污染附近的水体、土壤、大气，使人类、家畜、农作物等受到氟的危害。
课程引入
氟斑牙
污水综合排放标准（GB 8978-1996）规定：水体中含氟量<0.5mg/L 。
氟离子选择电极法
（GB 7484-87）
适用范围宽，水样浑浊，有颜色均可测定，测量范围为0.05-190mg/L
氟化物测定
氟试剂比色法
（HJ 488-2009）
适用于含氟较低的样品，测量范围为0.05-1.8mg/L
1.测定方法及原理
1.1 测定方法
以氟离子选择性电极为指示电极，以双盐桥饱和甘汞电极为参比电极，插入含氟化物的待测溶液中，其电极电位与溶液中氟离子活度的对数成线性关系，可用来测定水中微量氟离子。
1.2 测定原理
　 测定含氟量不同水样的电位，当测量温度在25℃，溶液总离子强度及溶液临界电位等条件一定时，测得的电位遵从能斯特方程式，即当- lgCF-改变一个单位时，其电位变化⊿E为59.1mV，用公式表示如下：
　 式中：K—常数；R—气体常数，取值8.314伏特，库仑/开·摩尔；T—绝对温度；F为法拉第常数96487库仑。
E=E°-0.0592· lgCF-
◆注意：氟离子浓度在10-1～10-4mol/L范围内，电位与-lg[F-]成线性关系，可用标准系列法进行测定。
凡能与氟离子生成稳定络合物或难溶沉淀元素，如Al、Zn、Tn、Ca、Mg等，干扰氟离子的测定，通常用柠檬酸、EDTA、磺基水扬酸、磷酸盐等掩蔽剂掩蔽。
在酸性溶液中，由于氢离子与部分氟离子生成HF，会降低氟离子浓度；在碱性溶液中，由于LaF3薄膜与OH-离子产生交换作用，使溶液中氟离子浓度增加，因此氟离子选择电极最宜于在pH为5.5--6.0范围测定。
废水中的干扰离子及酸度的影响可加入总离子强度调节缓冲剂消除。
1.3 干扰及消除
作用
维持试液和标准溶液恒定的离子强度
保持试液在离子选择性电极适合的pH范围内
使被测离子释放成为可检测的游离离子
配制方法
1mol/L的NaCl，使溶液保持基本稳定的离子强度
0.25mol/L的HAc和0.75mol/L的NaAc， 使溶液pH保持在5左右
0.001mol/L的柠檬酸钠，掩蔽Fe3+、Al3+等干扰离子
1.4 总离子强度调节缓冲剂（TISAB）
教学内容
仪器与试剂
2
测定方法及原理
1
操作步骤
3
数据处理
4
（1）氟离子选择性电极
（2）饱和甘汞电极
2.仪器与试剂
2.1 仪器
（3）电位计
（4）磁力搅拌器
2.1 仪器
本实验采用PHSJ-4A型pH计进行测定。该仪器是实验室常规分析测量仪器。主要使用于医药、环保、高等院校和科研单位的化验室测量水溶液中pH值，也可使用于测量各种离子选择电极电位及溶液温度。
2.2 电位计的使用
仪器组成
电位计型号各异，但基本由两部分组成，即电极系统和高阻抗毫伏计两部分。
电极与待测溶液组成原电池，以毫伏计测量电极间电位差，电位差经放大电路放大后，由电流表或电码管显示。
仪器结构
——功能键
仪器结构
ON/OFF键：用于仪器的开机或关机。
pH、mV、温度、校准和等电位点健：仪器在任何工作状态下，按下某一键，即进入该工作状态。
分辨率键：用于在pH测量状态时，选择合适的分辨率。
打印、贮存、删除和查阅键：仪器处于pH或mV测量工作状态时，按下某一键，仪器进入相应的功能。
键：用于调节参数。
确认键：用于确认仪器进入某一功能。
取消键：用于取消误操作。
仪器结构
——后面板图
电源插座
测量电极插座
参比电极接线柱
接地接线柱
温度传感器插座
RS-232接口
仪器结构
测量电极插座:用于接指示电极和在关机状态下接短路插头。
温度传感器插座:用于接温度传感器。
RS-232：将打印机连接线插入该接口，就可以直接打印
仪器操作
——电极电位（mV）值测量
开机：按下“ON/OFF”键，仪器将显示仪器型号及商标，此显示几秒后，仪器自动进入pH测量工作状态。
按“mV”键，仪器即进入mV测量工作状态，此时仪器显示当前的电极电位（mV）值和温度值。
将离子选择性电极（或金属电极）和甘汞电极夹在电极架上，并将电极插头插入后面板插座中。
用蒸馏水清洗电极头部，并用被测溶液润洗一次。
将清洗后的电极插在被测溶液内，将溶液搅拌均匀后，可在显示屏上读取离子选择电极的电位（mV）值。
仪器维护
开机前，必须检查电源是否接好，应保证仪器良好接地。电极的连接须可靠，防止腐蚀性气体侵袭。
仪器的输入端（测量电极的插座）必须保持干燥清洁。
在环境湿度较高的场所使用时，应把电极插头用干净纱布擦干。
仪器不用时，将短路插头插入插座，防止灰尘及水汽侵入。
接通电源后，若显示屏不亮，应检查电源是否有电压输出。
若仪器显示的电位值不正常，应检查复合电极插口是否接触良好，电极内溶液是否充满，若仍不能正常工作，则可更换电极。
仪器维修
本实验采用的恒温磁力搅拌器型号为85-1型。该仪器属于可控温型磁力加热搅拌器，主要用于小体积的搅拌反应，且反应过程中无固体产生影响搅拌子转动的反应。
该仪器操作简便，是石油、化工、医药卫生、环保、生化实验室、分析室、教育科研的必备工具。
2.3 恒温磁力搅拌器的使用
使用前的准备
使用前，首先检查随整机的配件是否齐全，然后按顺序先装好夹具，检查搅拌器工作情况是否正常。
根据反应的溶剂量大小，选取合适的容器和合适的搅拌子，容器置于镀铬盘正中，检查搅拌子工作情况
使用方法
清洗搅拌子，并将其小心置于容器中，避免直接投入损坏容器。
将容器置于搅拌器的工作面板上。
接通电源，按电源键打开磁力加热搅拌器，指示灯亮，即开始工作。
使用方法
顺时针转动转速调节钮可增加搅拌子的转速来混匀液体。
如搅拌的液体需加热，可按加热键，即可边搅拌边加热。
溶液搅拌完成后，再按电源键，指示灯熄灭，断开电源。
注意事项：
本装置必须可靠接地，以确保设备和人身安全。
调速由低速逐步调至高速，不允许高速档直接启动，以免搅拌子不同步引起跳动。
不搅拌时不能加热，加热由开关控制。
加热盘若落上液体，会腐蚀盘面或发热冒气，影响电热元件和电动机，需立即关掉电源清除之。
室温时粘度较大的液体，常常热传导性能也较差（如环氧树脂），加热搅拌时，不宜迅速升温，以免容器破裂。
仪器维护与保养
仪器应保持清洁干燥，严禁溶液进入机内，以免损坏机件。
加热时间不宜过长，间歇使用延长寿命。
使用完毕将转速调节钮置于最小处，以免下一次使用时溶液飞溅或导致仪器损坏。
指示灯不亮时应及时更换灯泡，并做必要的检查。
（1）氟标准贮备液：称取0.2210g基准NaF（预先于105-110℃干燥2h，干燥器内冷却），用去离子水溶解，转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。贮存在聚乙烯瓶中，此溶液浓度为100μg/mL。
（2）氟化物标准溶液：用无分度吸管吸取NaF标准贮备液10.00mL，注入容量瓶中，稀释至标线，摇匀。此溶液浓度为10.0μg/mL。
（3）TISAB溶液：称取58.8g二水合柠檬酸钠和85g硝酸钠，加水溶解，以（1+1）盐酸调节pH至5.5-6.0（试纸检验），转入1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，此溶液浓度为0.2mol/L柠檬酸钠—1mol/L硝酸钠。
2.4 试剂
教学内容
操作步骤
3
仪器与试剂
2
测定方法及原理
1
数据处理
4
使用聚乙烯瓶采集和贮存水样（因为F-易和玻璃成分的Si、B起反应，或吸附在器壁表面，致使氟化物浓度下降 ）。
如果水样中氟化物含量不高、pH值在7以上，也可以用硬质玻璃瓶贮存。
采样时应先用水样冲洗取样瓶3-4次。
3.操作步骤
3.1 采样
将氟电极在去离子水中浸泡8h或过夜，或在1×10-3mol/L NaF溶液中浸泡1-2小时；
用蒸馏水清洗数次直至测得的电位值约为-300mV（此值各支电极不同）；
若氟离子选择电极暂不使用，宜于干放。
3.2 氟离子选择性电极准备
分别取含氟离子为10.0μg/mL的标准溶液1.00、3.00、5.00、10.0、20.0mL，于50mL容量瓶中，加入总离子强度调节缓冲液10mL，用水稀释至标线，摇匀。
3.3 标准系列的配制
将上述标准溶液依次倒入小聚乙烯塑料烧杯中(浸没电极即可)，插入氟离子选择电极和饱和甘汞电极，连接线路，放入搅拌子，开动搅拌器，由稀至浓分别测量标准溶液的电位值，待电位值稳定后读取读数。
每次测定前用被测试液清洗电极、烧杯以及搅拌子。标准溶液测量完毕后将电极用蒸馏水清洗直至测得电位值-300mV左右待用。
3.4 标准系列的测定
用无分度吸管，吸取试份5.00mL（根据水样中氟含量而定），置于50mL容量瓶中，用盐酸调节至近中性，加入10mLTISAB，用水稀释至标线，摇匀，将其注入100mL聚乙烯烧杯中，放入搅拌子，插入电极，连续搅拌溶液，待电位稳定后，在继续搅拌时读取电位Ex。
3.5 水样的测定——标准曲线法
用无分度吸管，吸取试份5.00mL（根据试份中氟含量而定），置于50mL容量瓶中，用盐酸调节至近中性，加入10mLTISAB，用水稀释至标线，摇匀，将其注入100mL聚乙烯烧杯中，放入搅拌子，插入电极，连续搅拌溶液，待电位稳定后，在继续搅拌时读取电位Ex。
再向试份中加入一定量（与试份中氟含量相近）的氟化物标准溶液，在不断搅拌下读取平衡电位值为Ex+s。
注意：当样品组成复杂或成分不明时，宜采用一次标准加入法。Ex+s与Ex的毫伏值以相差30-40mV为宜。
3.6 水样的测定——标准加入法
由于氟化钠有毒，因此在使用时应特别注意。氟化钠粉尘和蒸气对皮肤有刺激作用，可以引起皮炎。
氟电极浸入待测液中，应使单晶膜外不要附着水泡，以免干扰读数。
电极在实验前与实验结束时都必须清洗至一定（E>320mv）以防污染。
按浓度由低至高的顺序依次测定10-6、10-5、10-4、10-3、，10-2moL/L的氟化钠溶液的毫伏数。
考虑电极达平衡电位的时间，不要急于读，等指示稳定后在读，溶液愈稀，达到稳定所需要的时间越长。
注意事项
教学内容
数据处理
4
仪器与试剂
2
测定方法及原理
1
操作步骤
3
以所测得电动势E为纵坐标，浓度c的负对数-lgcF-为横坐标，绘制标准曲线；根据待测溶液的电池电动势Ex，查得其浓度值。
4.1 标准曲线法
4.数据处理
实例
编号 1 2 3 4 5 水样
C（μg/mL） 0.20 0.60 1.00 2.00 4.00
-lgC（F-） 0.699 0.222 0 -0.301 -0.602
E/mV 295 287 283 277 274 290
由图可知：
当E=290mV时，-lgC（F-）=0.376
即C=0.42μg/mL
∴C废水=0.42×50.00/5.00=4.20μg/mL
-lgC（F-）
E/mV
特点
主要适用于大批同样试样的测定
标准曲线不很稳定，容易发生平移
每次使用前都必须选定1～2种标准溶液测出E值，确定平移位置，再供分析使用
若试剂等更换，应重新做标准曲线
在一定实验条件下，先测定体积为Vx，浓度为Cx的试液电池的电动势Ex，然后在其中加入浓度为Cs，体积为Vs的含待测离子的标准溶液（要求：Vs约为试液体积的，而Cs则为Cx的100倍左右）在同一实验条件下再测其电池的电动势Ex+s，则25℃时
其中：
　注意：斜率（S）需要在相同实验条件下测量求得。
4.2 标准加入法
实例
用氟离子电极测定试样中的F-时，取水样100.0mL，加入总离子强度缓冲调节剂，测得化学电池电动势为-125mV，加入1.00mL 0.0100mol/L NaF标准溶液后，测得电动势为-102mV，已知氟离子选择性电极的电极系数S为58.6mV，计算水样中F-的浓度？
特点
主要适用于组成复杂的个别试样的测定
只需要一种标准溶液，可减少离子强度变化引起的误差
溶液配制简便
需在相同实验条件下，测量电极的实际斜率
作 业
1. 用氟离子选择性电极测得的是Fˉ的浓度还是活度？如要测得Fˉ的浓度，应该怎么办？
2. 氟离子选择电极在使用时应注意哪些问题
3.总离子强度缓冲溶液在测量溶液中起哪些作用

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