试验十八 氯离子选择性电极的测试和应用[优质文档]
实验十八 氯离子选择性电极的测试和应用
【目的要求】
1. 了解氯离子选择性电极的基本性能及其测试方法。
2. 掌握用氯离子选择性电极测定氯离子浓度的基本原理。
3. 了解酸度计测量直流毫伏值的使用方法。
【实验原理】
使用离子选择性电极这一分析测量工具,可以通
过简单的电势测量直接测定溶液中某一离子的活度。
本实验所用的电极是把AgCl和AgS的沉淀混合2
物压成膜片,用塑料管作为电极管,并以全固态工艺
制成。其结构如图2-18-1所示。
1. 电极电势与离子浓度的关系
离子选择性电极是一种以电势响应为基础的电化
学敏感元件,将其插入待测液中时,在膜-液界面上产
生一特定的电势响应值。电势与离子活度间的关系可
用能斯特(Nernst)方程来描述。若以甘汞电极作为参比图2-18-1 氯离子选择性电极结构示意图
电极,则有下式成立:
RT, (1) E,E,lna,ClF
由于:
a,,C (2) ,,ClCl
根据路易斯(lewis)
经验
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式:
(3) log,,,AI,
式中,A为常数;I为离子强度。在测定工作中,只要固定离子强度,则γ可视作定值,所以?式(1)可写为:
RT',E,E,lnC (4) ,ClF
--由式(4)可知,E与lnC之间呈线性关系。只要我们测出不同C值时的电势值E,作ClCl-E-lnC图,就可了解电极的性能,并可确定其测量范围。氯离子选择性电极的测量范围约为Cl-1-5-310,10mol?dm。
2. 离子选择性电极的选择性及选择系数
离子选择性电极对待测离子具有特定的响应特性,但其它离子仍可对其产生一定的干扰。电极选择性的好坏,常用选择系数表示。若以i和j分别代表待测离子及干扰离子,则:
ZiRT,,,Z (5) E,E,lna,kaj,,iijjnF,,
式中,Z及Z分别代表i和j离子的电荷数;k为该电极对j离子的选择系数。式中的“,”ijij
及“,”分别适用于阴、阳离子选择性电极。
由式(5)可见,k越小,表示j离子对被测离子的干扰越小,也就表示电极的选择性越好。ij-3通常把k值小于10者认为无明显干扰。 ij
当z,z时,测定k最简单的方法是分别溶液法。就是分别测定在具有相同活度的离子iijij
和j这两个溶液中该离子选择性电极的电势E和E,则: 12
RT,,,E,E,lna,0 (6) 1inF
RT,,,E,E,ln0,ka (7) 2ijjnF
因为a,a,所以: ij
RT,E,E,E,,lnk (8) 12ijnF
对于阴离子选择性电极,由式(6)、式(7)可得:
,,EEnF,12lnk, (9) ijRT
【仪器试剂】
酸度计1台;电磁搅拌器1台;217型饱和甘汞电极1支;氯离子选择性电极1支;容量瓶(1000mL,1只、100mL,10只);移液管(50mL,1支、10mL,6支)。
KNOKCl(A.R.);(A.R.);0.1%Ca(Ac)溶液;风干土壤样品。 32
【实验步骤】 -31. 氯离子选择电极在使用前,应先在0.001mol?dm的KCl溶液中活化1h,然后在蒸馏水中充分浸泡,必要时可重新抛光膜片表面。
2. 标准溶液配制
称取一定量干燥的分析纯KCl配制成
-3-3100mL0.1 mol?dm的标准液,再用0.1 mol?dm-2-3的KNO溶液逐级稀释,配得5×10 mol?dm、3-2-3-3-3-31×10 mol?dm、5×10mol?dm、1×10
-3-4-3-4-3mol?dm、5×10 mol?dm、1×10 mol?dm
的KCl标准液。
3. 按图2-18-2接好仪器。 4. 标准曲线测量 图2-18-2仪器装置示意图 (1) 仪器校正 参阅基础知识与技术第四章有
关内容。
(2) 测量 用蒸馏水清洗电极,用滤纸吸干。将电极依次从稀到浓插入标准溶液中,充分
搅拌后测出各种浓度标准溶液的稳定电势值。
5. 选择系数的测定
-3-3配制0.01 mol?dm的KCl和0.01 mol?dm的KNO溶液各100mL,分别测定其电势值。3
6. 自来水中氯离子含量的测定
称取0.1011gKNO,置于100mL容量瓶中,用自来水稀释至刻度,测定其电势值,从标3
准曲线上求得相应的氯离子浓度。
7. 土壤中NaCl含量的测定
(1) 在干燥洁净的烧杯中用台称称取风干土壤样品约10g,加入0.1%Ca(Ac)溶液约2100mL,搅动几分钟,静置澄清或过滤。
(2) 用干燥洁净的吸管吸取澄清液30,40mL,放入干燥洁净的50mL烧杯中,测定其电
势值。
【注意事项】
, 如果被测信号超出仪器的测量范围或测量端开路时,显示部分会发出闪光表示超载报
警。
, 实验中测出的电势值需反号。
【数据处理】
1. 以标准溶液的E对lgC作图绘制标准曲线。
- -2. 计算k。 ClNO 3
3. 从标准曲线上查出被测自来水中氯离子的浓度。
4. 按下式计算风干土壤样品中NaCl含量。
CVMxNaCl%,,100% 1000W
-式中,C为从标准曲线上查得的样品溶液中Cl浓度;M为NaCl的摩尔质量。x
思 考 题
1. 离子选择性电极测试工作中,为什么要调节溶液离子强度?怎样调节?如何选择适当的离子强度调节液?
2. 选择系数k表示的意义是什么,k?1或k,1,分别说明什么问题?ijijij
【讨论】
1. 为精确测得自来水和土壤中氯离子的含量,可先预测其氯离子的浓度,然后控制溶液中离子的总浓度
-3为0.1mol?dm,再测量溶液的电势值,从标准曲线上查出被测自来水和土壤中氯离子的浓度。
2. 离子选择性电极的基本特性
(1) 选择性 在同一电极膜上,可以有多种离子进行程度不同的交换,故膜的响应没有专一性,而只有相对的选择性。电极对不同离子的选择性一般用选择性系数表示。选择性系数并无严格的定量意义,其值往往随离子浓度和测量方式(在各种不同离子的纯盐溶液中分别测量或在混合溶液中测量)的不同而改变。因此,它只能用于估计电极对不同离子响应的相对大小,而不能用来计算其它离子的干扰所引起的电势偏差以进行校正。
(2) 测量下限 电极测定的下限决定于活性体系本身的化学性质。例如,沉淀膜电极的测量下限不可能超过沉淀本身溶解所产生的离子活度。实际上,电极的测定灵敏度往往低于理论值,因为在极稀的溶液中,电极或容器表面严重的吸附现象可使离子的活度发生根本的变化。以AgI沉淀膜为例,根据溶度积计算,测定,,,87I的理论下限为10M左右,但实际上很少能超过10M。但应指出,若电极欲测的低浓度是建立在某种化学平衡的基础上(如络合物的离解等),则电极的使用不受上述测定下限的约束。
(3) 准确度 电极测定的准确度并不很高,它受溶液组分、液体接界电势、温度等因素的变化的影响,在实际工作中要求经常校正。根据能斯特方程,膜电势与离子活度间存在对数关系,这意味着电极测定在各种浓度下具有相同的准确度,所以,相对而言,电极用于测定低浓度更为有利。另外,电极测定的准确度与测定离子的价态间存在着直接关系,测定准确度随离子价态的增大而急剧下降。