Методика определения фторид-ионов в водной среде

Для оценки качества воды необходимо определять значения концент­раций растворенных веществ и содержание галоген-ионов. На точность оп­ределения галогенидов с помощью ионоселективных электродов влияют ионы водорода, и ионы, образующие с ними прочные комплексные или малораст­воримые соединения. Микроэлементы Си(11), Fe(111), Zn(11), Pb(11)влияют на определение йодидов

В случае фторид-ионов в кислых средах может наблюдаться неполная диссоциация HF или образование ассоциатов H_nF_n. Поэтому при определе­нии фторидов, в отличие от определения хлоридов и йодидов, рН анализи­руемого раствора не может быть меньше 5. Обозначение рН, pF, pK озна­чает отрицательный десятичный логарифм соответственно от активности ионов водорода, ионов фтора и константы нестойкости комплексного сое­динения. Фторид лантана, который используется в ионоселективном элект­роде на фтор-ион, гидролизуется при рН=9. Поэтому надежное действие фторидного электрода ограничено интервалом рН=59. Нужный сравни­тельно узкий интервал рН при определении фторидов, реализуется введе­нием добавки буферного раствора с определенной ионной силой, равной 1.75-2М, что достигается в .основном введением ацетата натрия. Присутс­твие посторонних солей может сказаться на показаниях электродов лишь в связи с химическим взаимодействием их с галогенидами или с компонента­ми мембраны электрода. Поэтому макрокомпоненты природных вод (ионы натрия, калия, магния, гидрокарбонаты, сульфаты и т.п.) не влияют на показания галогенидных электродов.

Состояние фторид-иона в природных водах зависит от присутствия расворенного алюминия, с которым он образует ряд комплексных соедине­ний (pK=7.1; рК_1,2=11.98; рК_1,....R=20.67). Содержание алюминия на по­рядок выше содержания других микроэлементов в природных водах (10^-2 мг/л), поэтому он существенно влияет на показания фторидного электро­да. Состояние алюминия определяется значением рН. Поэтому в присутствии алюминия зависимость электродного потенциала от рН сильно смеща­ется. Последнее обусловлено тем, что в кислой области почти весь фтор-июн закомплексован и. лишь начиная с рН=7, фюридные комплексы гидролизуются, высвобождая фторид-ион. При более высоких рН чувствительность электрода снижается, что обусловлено сорбцией Al(ОН), на мембране. Влияние ионов алюминия устраняют введением маскирующего буферного раствора с определенной ионной силой, равной 1.75-2.0 М, что достигается в основном введением ацетата и цитрата натрия с добавлением 0.005 М соли лантана.

Аппаратура, реактивы, материалы.

1. Высокоомный вольтметр для измерения ЭДС.

2. Хлорсеребряный электрод ЗВЛ-1М

3. Ионселективный фторидный злектрод.

4. Фторид натрия, фиксаналы.

5. Ацетат и цитрат натрия.

6. Соль лантана.

7. Термостатируемая ячейка.

Ход анализа. Используются твердые ионселективные электроды. Мемб­рана фторидного электрода состоит из монокристалла фторида лантана, ак­тивированного европием. Внутреннюю полость электрода заполняют эквива­лентной смесью 0.1 М KC1 и 0.1 М KF. В качестве вспомогательного электрода используют хлорсеребряный электрод. Гальваническая схема исследования электродных функций фторидных систем имеет вид

NaF LaF₃ Исследуемый Насыщенный

Ag. AgCl 0.1М раствор раствор KCl AgCl, Ag

NaCl EuF₂

Для установления зависимости между потенциалом электрода и активностью ионов фтора строят калибровочные кривые. С этой целью готовят стандартные растворы фторида натрия из фиксаналов и проводят измерения ЭДС гальванической схемы через 2-5 минут после установления постоянного значения. Перед анализом ион-селективный злектрод вымачивают в 0..001М растворе фторида натрия в дистиллированной воде.

Построение градуировочного графика. Градировочный график зависимости ЭДС электродной системы от pF (pF = - lgC_F) строят по результатам исследования стандартных. Исходным раствором является раствор фторида натрия концентрацией 5 г/л, из которого разведением получают растворы концентрацией 1; 0,5; 0,1; 0,05; 0,01 г/л. Стандартные растворы готовят на фоне 0,5 М уксусноацетатного раствора и 0,5 М раствора

Полученные данные измерений представляют в виде графика - lgC_F ЭДС (мВ). В указанных концентрационных пределах должна сохраняться линейная зависимость, а тангенс угла наклона должен составлять 58,5 мВ/pF.

Концентрацию фтор-иона в исследуемом растворе определяют по данным измерения смеси 25 мл исследуемого раствора и 25 мл буферного раствора. Далее из калибровочного графика определяют pF и рассчитывают концентрацию фторид-иона в исследуемой пробе.

Определение содержания фторид-ионов в растворе

с использованием фторид-селективного электрода

Для измерения активности фторид-ионов в водных растворах от 0 до 6 pF применяют фторид-селективный электрод ЭФ-VI.

В качестве мембраны в электроде используют тонкую пластинку монокристалла фторида лантана с добавкой солей европия. Перед работой электрод выдерживают в течение 10 ч в 10^3- Моль/л растворе фторида натрия.

Аппаратура и реактивы

Измерительный прибор: иономер

Электроды: основной - фторид-селективный и вспомогательный – хлорсеребряный.

Рабочий раствор 0,1 Моль/л фторида натрия, уксусно-ацетатный буферный раствор

с pH=4.

Методика измерения

1. Включают измерительный прибор в сеть и выдерживают 25-30 мин.

2. Готовят в колбах ёмкостью 50 мл последовательным разбавлением рабочего раствора концентрации фторид-ионов указанные в таблице, добавляя в каждую колбу по 15 мл уксусно-ацетатного буферного раствора.

3. Переливают приготовленные растворы в стаканчики на 50 мл.

4. Настраивают прибор для измерения ЭДС в диапазоне 0-400 мВ.

5. Измеряют ЭДС системы, переходя от меньших концентраций к большим.

Примечание: Для замены вымачиваемого или измерительного раствора отодвигают в сторону столик-подставку, другой рукой придерживая стаканчик с водой, либо поднимают вверх всю электродную систему и убирают содержимое с подставки. Далее тщательно промывают электроды дистиллированной водой из промывалки. Осторожно удаляют с электродов избыток влаги фильтровальной бумагой, и для снятия показания измерения погружают электроды в исследуемый раствор в обратном порядке до полного погружения чувствительной части электродов.

6. Результаты измерений записывают в таблицу:

7. Строят градуировочный график в координатах E-pF^-, находят область прямолинейной зависимости, определив угловой коэффициент наклона прямой (tga), сравнивают его с теоретическим значением. После чего, находят по графику содержание фторид-ионов в исследуемой пробе /учесть разбавление/.

№ раствора	Фториды, Моль/л	Приготовление раствора	pX	ЭДС, мВ
1	1·10-2	5,0 мл рабочего раствора, буферная смесь и дистиллированная вода
2	1·10-3	5,0 мл раствора № 1, буферная смесь и дистиллированная вода
3	1·10-4	5,0 мл раствора № 2, буферная смесь и дистиллированная вода
4	1·10-5	5,0 мл раствора № 3, буферная смесь и дистиллированная вода
5	1·10-6	5,0 мл раствора № 4, буферная смесь и дистиллированная вода
6		Анализируемая проба воды и буферная смесь

8. Тщательно промывают электроды дистиллированной водой и ставят в раствор для их вымачивания.