仪器分析实验讲义
编撰：王军锋 聂迎春 肖正凤
陕西学前师范学院
2016年更新 化学与化工系
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实验一 水样的pH值测定
一、实验目的
1.学习pHS-3C型酸度计的使用方法。
2.了解电位法测定水的pH值的原理和方法。
二 实验原理
在日常生活和工农业生产中，所用水的质量都有一定标准。在进行水质检验中，水的pH值是重要检验项目之一，如生活饮用水pH要求为6.5~8.5。低压锅炉水要求pH为10~12。电子工业、实验试剂配制则需要中性的高纯水。
现在测量水的pH值比较精确的方法是电位法，该法是将玻璃电极(指示电极)、饱和甘汞电极(参比电极)与待测试液组成原电池，用酸度计（一种精密电位差计）测量其电势。原电池用下式表示：
Ag|AgCl(s)|HCl(0.1mol·L-1)|玻璃膜|试液溶液(xmol·L-1)║KCl(饱合)|Hg2Cl2(s)|Hg玻璃电极 被测溶液 甘汞电极
玻璃电极为负极，饱和甘汞电极为正极。在一定条件下，电池的电动势E与pH为直线函数关系(推导过程从略)。
E电池?K'?2.303RTpH试 F由上式看出，求出E电池和K，即可知道试液的pH值。E电池可通过测量求得，而K’是由内外参比电极及难于计算的不对称电位和液接电位所决定的常数，很难求得。在实际测量时，选用和待测试液pH值相似的、已知pH值的标准缓冲溶液在pH计上进行校正(这个过程叫定位)，即测量pH是采用相对方法：
pHx?F(Ex?Es)?pHs2.303RT
通过以上步骤，可在酸度计上直接读出试液的pH值。玻璃电极的响应斜率与温度
有关，在一定的温度下应该是定值，25℃时玻璃电极的理论响应斜率为0.0591。
但是玻璃电极由于制作工艺等的差异，每个pH玻璃电极其斜率可能不同，须用实验方法来测定。一支电极应使用两种不同pH值的标准pH缓冲溶液进行校正，两种缓
冲溶液定位的pH值误差应在0.05之内。
三 仪器及试剂 1.仪器
pHS-3C酸度计一台，
E-201-C9型复合pH电极一支，（或231型玻璃电极和232型饱和甘汞电极各一支）， 50mL烧杯7只。 2.试剂
①pH=4.00标准缓冲溶液(20℃)：称取115±5℃下烘干2～3小时的一级纯邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)10.12g溶于不含CO2的蒸馏水中，在容量瓶中稀释至1000mL，贮于塑料瓶中。
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②pH＝6.86标准缓冲溶液(20℃)：称取一级纯磷酸二氢钾(KH2PO4)3.39g和磷酸氢二钠(Na2HPO4)3.53g，将它们溶于不含CO2的蒸馏水中，在容量瓶中稀释至1000mL，贮于塑料瓶中。
③pH =9.18标准缓冲溶液(20℃)：称取一级纯硼砂(Na2B4O7·10H2O)3.80g，将它溶于不含CO2的蒸馏水中，在容量瓶中稀释至1000mL，贮于塑料瓶中。
以上标准溶液也可用市售袋装缓冲溶液试剂直接配制。它们能稳定两个月，其pH值随温度不同稍有差异，见表1-2。
四 实验步骤
按照pHS-3C酸度计使用说明书进行操作。 1.酸度计的校正
(1) 选用仪器的“pH”档；调节温度补偿，达到溶液温度值； (2) 把用蒸馏水清洗过的电极插入pH=6.86标准缓冲溶液中；
(3) 调节定位，使仪器显示读数与该缓冲溶液当时温度下的pH相一致；
(4) 用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干，再插入pH=4.00的标准缓冲溶液（若待测液是酸性）或pH=9.18的标准缓冲溶液（若待测液是碱性）中，
(5) 调节使仪器显示读数与该缓冲液当时温度下的pH一致，仪器完成校正。 2．溶液pH的测定。
当被测溶液与标定溶液温度相同时，用蒸馏水缓缓淋洗两电极3~5次，再用滤纸吸干，然后将它们插入装有25~50mL被测溶液的烧杯中，电极浸入水中，摇动烧杯、使溶液均匀，待读数稳定后．读取pH；用蒸馏水清洗电极，滤纸吸干。
3.测量水样：分别测定4个不同水样的pH，每个水样应重复测定三次。（注意，应根据水样的pH，选择相应的标准pH缓冲溶液对仪器定位）
4.测量完毕后，放开测量开关，关上电源开关，拔掉电源，清洗电极，复合电极用3 mol·L-1KCl溶液浸泡。
五 数据处理
记录数据，填入下表中
表1-1 实验数据记录表
水样 测定次数 pH 平均pH 六 思考题
1.电位法测定水样的pH值的原理是什么?
2.酸度计为什么要用已知pH值的标准缓冲溶液校正？校正时应注意哪些问题? 3.何谓指示电极、参比电极?
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水样1 1 2 3 1 水样2 2 3 1 水样3 2 3 1 水样4 2 3 实验二 离子选择性电极测定饮用水中的氟
一、实验目的
掌握直接电位法的测定原理及实验方法，并学会正确使用氟离子选择性电极和离子计的使用方法。
二、实验原理
饮用水中的氟含量的高低对人体的健康有一定的影响，氟的含量过低易得龋齿，过高则会发生氟中毒现象，适宜的含量为0.5毫克/升左右。
目前测定氟的方法有比色法和电位法。前者的测量范围较宽，但干扰因素多，往往要对试样进行预处理，后者的测量范围虽然范围不如前者宽，但一般能满足大多数水质分析的要求，而且操作简便，干扰少，样品一般不必进行预处理。因此，现在电位法测定氟离子以成为常规的分析方法。
本实验中应用氟离子选择性电极、饱和甘汞电极（SCE）和待测试液组成原电池。测量的电池电动势E与氟离子活度符合能斯特方程：
E?K?2.303RTlg?F? F其中K、R、F均为常数，若在试液中加入适量的惰性电解质（如硝酸钠等）,使离子强度保持不变，即使离子的活度系数为一常数，则上式中的氟离子活度可用浓度[F-]代替。25OC时上式可写作：
E?K??0.059lg[F?]
可见，电动势E与lg[F-]成线性关系。因此，只要作出E对lg[F-]的标准曲线，即可由水样测得的E,从标准曲线求得水样中的氟离子浓度。
三、仪器与试剂 1.仪器：
PXSJ-226离子计，CSB-F-1型氟离子选择性电极，饱和甘汞电极，磁力搅拌器 容量瓶 100mL 7个 移液管 50mL 1支
吸量管 0.5mL 1支 、10mL 2支 聚乙烯烧杯 100mL 7个 2.试剂：
氟化钠标准溶液，0.100 mol·L-1：称取4.1988g氟化钠（G.R）,以去离子水溶解并稀释至1升，摇匀，储于聚乙烯瓶中备用。
总离子强度调节缓冲液（TISAB）:取29克硝酸钠和0.2克二水合柠檬酸钠，溶于50毫升1：1（体积）的醋酸与50毫升5mol·L-1的氢氧化钠的缓冲溶液中，测量该溶液的pH,若不在5.0～5.5内，可用5mol·L-1的氢氧化钠和6mol·L-1的盐酸调节至所需范围。
四、实验步骤 1.调整仪器：
氟电极接离子计的负端，饱和甘汞电极接离子计的正端，仪器连接好电源后，打开电源开关，仪器即显示“PXSJ－226型离子计”等字样，稍等片刻，仪器自动进入起始状态，仪器必须开机预热0.5小时后方可进行测量。
注意：
①测量前需用电阻在3MΩ以上的去离子水浸泡活化一小时以上，当测得其在纯水中的毫伏数大于300mV时,便可用于测量。
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②测量时，单晶薄膜上不可附有气泡，以免干扰读数。 ③溶液的搅拌速度应缓慢、稳定。 2.标准曲线法：
（1）系列标准溶液的配制
用吸量管取10毫升0.100 mol·L-1氟化钠标准溶液，和10毫升TISAB溶液，在100毫升容量瓶内用去离子水稀释至刻度，摇匀。并用逐级稀释法配制成浓度为10-2、10-3、10-4、10-5、10-6 mol·L-1的氟化钠系列标准溶液。逐级稀释时，只需加入9毫升TISAB溶液。
（2）标准曲线的绘制
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)，用滤纸吸去悬挂在电极上的水滴，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）饮用水样的测定：
用移液管移取50毫升饮用水样于100毫升容量瓶中，加入10毫升TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀。
清洗氟离子选择性电极，使其在纯水中测得的电动势在300毫伏。
将清洗后的电极用滤纸吸去悬挂着的水滴，插入盛有上述未知水样的烧杯中，搅拌数分钟，读取稳定的电动势。
五、数据及处理
记录对氟化钠系列标准溶液所测得的电动势E，并在坐标纸上作E对pF的标准曲线。
氟离子浓度 （mol·L-1） pF E（mV） 10-2 2 10-3 3 10-4 4 10-5 5 10-6 6 记录未知试样溶液的电动势，并由标准曲线查得未知试样溶液中的氟离子浓度[F-]，由下式计算饮用水中的氟离子含量。
WF?[F?]?100?MF?1000 50.0式中WF为每升饮用水样中氟离子的毫克数，设MF为氟的原子量。 六、思考题
1.氟离子选择性电极使用时应注意哪些问题？
2. TISAB的组成是什么？它在测量中起的作用是什么？ 3.溶液的酸度对测定的影响如何？
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