Лабораторная работа № 3.2

Определение фторидов в зубной пасте методом ионометрии

Цель работи: 1. Освоить принципы и технику прямых потенциометрических определений;

2. Определить емкость свободного иона F - в зубной пасте.

1. Общие сведения

Определение основано на измерении э.д.с. ячейки, содержащей фторидселективний электрод (FСЕ) и электрод сравнения, с предварительной построением градуировочной зависимости.

Фторидселективний электрод имеет кристаллическую мембрану из фторида лантана LaF3 с добавлением европия. Ионная проводимость мембраны обусловлена подвижностью ионов фторида в кристаллической решетке LaF3. В корпус электрода помещены растворы фторида натрия и хлорида калия. В раствор погружен хлорид-серебряный электрод. Поскольку концентрации внутреннего раствора зафиксирована, то потенциалы хлорид-серебряного электрода и внутренней поверхности мембраны - величины постоянные. На границе раздела фаз мембраны электрода и раствора, которая содержит фторид, возникает разность потенциалов, пропорциональная логарифму градиенту концентрации. Изменение суммарного потенциала F^--СЕ связана с изменением активности ионов фторида во внешнем растворе. Другие ионы (за исключением ионов OH^-, радиус которых близок к радиусу F^-) не способны замещать фторид в кристаллической решетке LaF3 и не влияют на потенциал мембраны. На концентрацию ионов F-влияют химические преобразования, в частности реакции с иономводорода и с ионами ме таллов (Al³⁺, Fe³⁺, и.т.д). Поэтому следует регулировать рН: среда должна быть кислым, но не слишком.С КЛД вид­но, что рН можно понижать до 4-5. В качестве среды используют буфер регулирования общей ионной силы, или БРЗИС, содержащий уксусную кислоту (которая регулирует рН), трилон-Б (демаскирует ион F^-), хлорид натрия (обеспечивает ионную силу).

Э.д.с. цепи линейная от логарифма концентрации иона F,

E_i = E^Æ - q × lg [F^-]. (1)

Используя FСЭ, необходимо, чтобы E^Æ и q хранились при градуировке и работы с исследуемыми растворами. Во все растворы вводят одинаковые концентрации БРЗИС.Так как концентрация F^--иона во всех растворах низкая (от 10^-5 до 10^‑2 моль/л), а ионная сила стабилизирована, вместо равновесной концентрации в уравнении (1) применяют аналитическую , с(F^‑).

2. Реактивы и оборудование

Иономер ЭВ-74 или рН-метр-милливольтметр;

Электрод фторидселективний типа ЕF-N;

Полуэлимент сравнения ЕВЛ-ІМ3 или аналогичный;

Магнитная мешалка;

Штатив для закрепления электродов;

Электрохимическая ячейка по форме стаканчика емкостью 100-150 мл;

Колбы мерные обьемом 100 мл;

Пипетки мерные обьемом 20, 10, 5 мл;

Пипетка градуировочная обьемом 1 мл;

Промывалка;

Бумага фильтровальная;

Раствор фторида натрия, с(F^-) = 0,01 моль/л (исходный);

Буферный раствор регулирования общей ионной силы (БРЗИС). В 500 мл дистиллированной воды при постоянном перемешивании на магнитной мешалке растворяют 58 г NaCl, добавляют 57 мл уксусной кис­лоты (w = 100%), 200 мл раствора этилендиаминтетраацетата натрия (c(ЕДТА) = 0,05 моль/л) и 120 мл гидрооксида натрия (с(NaOH) = 5 моль/л). Раствор охлаждают до комнатной температуры и добавляют раствор NaOH по капле до рН = 5,0−5,5 (контролируют рН‑метром).

1. Алгоритм измерений

3.1. Построение градуировочной зависимости F^--СЕ

3.1.1. Приготовление градуировочных растворов

Последовательно разводя исходный раствор NaF, готовят растворы с молярными концентрациями с(NaF) = 1×10^-5, 3×10^-5, 1×10^-4, 3×10^-4, 1×10^‑3, 3×10^-3 моль/л.

3.1.2. Измерения и расчеты

Измерить э.д.с. в каждом растворе. Для этого 20 мл раствора вносим пипеткой в стакан обьемом 100 или 150 мл, добавляем пипеткой 5 мл БРЗИС и осторожно перемешивают раствор круговыми движениями. Размещаем стаканчик под электродами и опускаем держатель электродов так, чтобы они погрузились в раствор не менее чем на 0,5 см.

Результаты измерений оформляем в таблицу

Строим градуировочный график зависимости э.д.с. от lg с(F^-). Определяем оттенок линейности градуировочной характеристики. В этом диапазоне методом наименьших квадратов рассчитываем параметры E^Æ и q градуировочной функции (1).

2.2. Определение содержания фторида

Точную навеску около 1 г зубной пасты растворяем в 100 мл дистиллированной воды в мерной колбе. Нерастворенную часть пасты отделяем центрифугированием. Отмеряют пипеткой 20 мл исследуемого раствора в стакан обьемом 100 или 150 мл, добавляем пипеткой БРЗИС. Перемешивают раствор на магнитной мешалке и оставляют на 20 мин, чтобы завершить демаскирование. Измеряют э.д.с. (Е) при включенной магнитной мешалке. Молярную концентрацию фторида определяем по градуировочной зависимости (1) и пересчитываем на массовую долю F^- в пасте.