氟离子选择电极
生意经顺口溜-电缆试验
2023年3月16日发(作者：封条样式图片)实验六氟离子选择电极测定自来水中的氟含量
一、实验目的
1.了解氟离子选择性电极的基本性能及其使用方法。
2.掌握用氟离子选择性电极测定氟离子浓度的方法。
3.学会使用离子选择性电极的测量方法和数据处理方法。
二、基本原理
饮用水中氟含量的高低，对人的健康有一定的影响。氟含量太低，易得牙龋病，过高则
会发生氟中毒，适宜含量为0.5~1.0mg/L。
目前测定氟的方法有比色法和直接电位法。比色法测量范围较宽，但干扰因素多，并且
要对样品进行预处理；直接电位法，用离子选择性电极进行测量，其测量范围虽不及前者宽，
但已能满足环境监测的要求，而且操作简便，干扰因素少，一般不必对样品进行预处理。因
此，电位法逐渐取代比色法成为测量氟离子含量的常规方法。
氟离子选择性电极(简称氟电极)以LaF
3
单晶片为敏感膜，对溶液中的氟离子具有良好
的选择性。氟电极、饱和甘汞电极(SCE)和待测试液组成的原电池可表示为：
Ag│AgCl，NaCl，NaF│LaF
3
膜│试液‖KCl(饱和)，Hg
2
Cl
2
│Hg
一般pH/mV计上氟电极接(－)，饱和甘汞电极接(＋)，测得原电池的电动势为：
F
SCE
E
SCE
和
F
分别为饱和甘汞电极和氟电极的电位。当其他条件一定时
F
KElg059.0(25℃)(1)
其中，K为常数，0.059为25℃时电极的理论响应斜率；
F
为待测试液中F活度。
用离子选择性电极测量的是离子活度，而通常定量分析需要的是离子浓度。若加入适量
惰性电解质作为总离子强度调节缓冲剂(TISAB)，使离子强度保持不变，则(1)可表示为：
pFK
cK
cKE
F
F
059.0
)lg-(059.0
lg059.0
F
c为待测试液中F浓度，
F
cpFlg。
E与pF呈线性关系，因此只要作出EpF的标准曲线，并测定水样的
x
E值，由标准
曲线上即可求得水中氟的含量。
用氟电极测量F时，最适宜pH范围为5.0~5.5。pH值过低，易形成HF、-
2
HF
等，降
低了
F
；pH值过高，-OH浓度增大，-OH在氟电极上与F产生竞争响应。也由于-OH能
与单晶膜中LaF
3
产生如下反应：
FOHLaOHLaF3)(3
33
F为电极本身响应而造成干扰。故通常用柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的pH值。氟
电极只对游离氟离子有响应，而F非常容易与3Al、3Fe等离子配位。因此，在测定时
必须加入配合能力较强的配位体，如柠檬酸盐是较强的配位剂，还可消除3Al、3Fe等离
子的干扰，才能测得可靠准确的结果。
三、仪器及试剂
/mV计，电磁搅拌器，氟离子选择性电极，饱和甘汞电极；
标准储备液（1mg/mL）：将分析纯NaF在120℃烘干，准确称取2.2105g
溶于二次蒸馏水中，移入1L容量瓶中，稀释至刻度，即得到1mg/mL的氟离子标准溶
液，然后储存在聚乙烯瓶中备用；
标准稀释液（0.01mg/mL）：吸取1.0mL的1mg/mLNaF标准储备液，
置于100mL容量瓶中，用缓冲溶液（TISAB）稀释至刻度；
4.缓冲溶液（TISAB）（即总离子强度缓冲溶液）：称取58gNaCl及0.357g
柠檬酸钠溶于二次蒸馏水中，加冰醋酸60mL，用50%氢氧化钠调节pH值为
5.0~5.5，冷却至室温，转入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，转入洗净、干燥的试剂
瓶中。
5.50mL、100mL容量瓶、50mL烧杯各若干。
四、操作步骤
1.将氟电极和甘汞电极分别与pH/mV计上的接口正确相接（氟电极接“-”，饱和甘汞
电极接“+”，用mV档测量），开启仪器开关，预热仪器。
2.清洗电极
于50mL的烧杯中，加入30~40mL的蒸馏水，放入搅拌磁子，插入氟电极和饱和甘
汞电极至合适位置，开启搅拌器，调节搅拌速度适中，使之保持较慢而稳定的转速（注意在
整个实验过程中保持该转速不变，切记），清洗电极。若mV计读数小于350mV，更换蒸馏
水，继续清洗，直至读数大于350mV。
3.标准曲线法（校正曲线法）
（1）标准曲线的制作分别取0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、3.00mL的氟标
准稀释溶液置于50mL溶液瓶中，加缓冲溶液10.00mL，用水稀释至刻度，摇匀。将部分溶
液倒入烧杯中，放入搅拌磁子，插入前面清洗好的两电极，开启搅拌器，待读数稳定后，读
取点位值。按浓度从低至高依次测量。测量结果列表记录在表1中。
（2）水样测定取水样25.00mL，置50mL容量瓶中，加10.00mL缓冲溶液，用水稀
释至刻度并摇匀，将部分溶液倒入烧杯中，放入搅拌磁子，插入前面清洗好的两电极，同上
操作，读取稳定的测量电位值。记录在表1中
五、实验数据及其处理
1.数据记录及工作曲线的绘制：
表1
F
c(mg/mL)
0.00010.00020.00030.00040.0006稀释水样
F
clg-4.000-3.699-3.523-3.398-3.222
pF4.0003.6993.5233.3983.222
E
根据配制的系列标准浓度所测定的数据，在坐标纸上绘制EpF曲线（也可以利用电
脑绘制标准曲线），得到标准曲线（校正曲线）。
回归计算得出标准曲线方程：
相关稀释：r2=
2.水样中F的实际含量的计算：
根据水样测得的电位值
x
E，在标准曲线上查到其对应的pF（或由标准曲线方程得到），
然后在计算出稀释后水样中氟离子的浓度
x
c，最后计算出水样中氟离子的含量。
水样中氟离子的含量=2×
x
c
六、注意事项
1.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。
2.测定时搅拌速度应缓慢而稳定。
3.实验过程中，必须确保标准溶液测定顺序由低到高依次进行，若测定未知浓度样品
时，需要用蒸馏水清洗氟电极后再测定，避免产生较大误差。同时，应该注意用蒸馏水冲洗
过后，需要用滤纸吸去单晶膜上的水珠，而不能直接用手接触膜片。因为本次实验用的单晶
膜比较敏感，用手擦可能损害膜片。
七、思考题
1.为什么要加入总离子强度调节缓冲剂？（或柠檬酸盐在测量溶液中能起到那些作
用？）
答：①.柠檬酸盐缓冲溶液可以控制溶液的pH值；
②.通过与3Al、3Fe形成比
3
6
AlF、
3
3
FeF稳定的络合物，消除3Al、3Fe等
离子的干扰；
③.调节离子强度。
2.氟电极在使用时应注意哪些问题。
答：在使用时，一定要注意把溶液的pH值控制在5.0~5.5之间。因为氟离子选择性电
极有较好的选择性，主要干扰离子是-OH。在碱性溶液中，电极表面会发生方应：
FOHLaOHLaF3)(3
33
，在较高的酸度下，由于HF、-
2
HF
的生成，会使
F
降
低。
3.为什么要清洗氟电极，使其响应电位值大于350mV？
答：清洗氟电极是为了排除实验留在氟电极感应膜上的干扰离子，以消除其对实验的
影响，使其相应电位值大于350mV是为了证明氟离子电极的点位已经平衡好了。