生活用水中氟含量的測定

趙俊英，趙俊明

(1.隴東學院 化學化工學院，甘肅 慶陽 745000；2.山東華宇工學院，山東 德州 253000)

1 引言

氟元素是人和畜禽正常生長所必需的微量元素之一，適量的氟對機體牙齒、骨骼的鈣化、神經系統的傳導和酶系統的代謝均有促經作用。而過量的氟會夠破壞鈣、磷的代謝。當人體內存在過量的氟或其化合物時，可引起各種急性或慢性的氟中毒[1]，可形成骨刺、骨節硬化、骨質疏松等氟骨病病癥。飲水型氟中毒在我國流行最廣，危害最嚴重，主要是通過飲水使機體攝入過量氟所致。在水質檢驗，尤其是地下水、自來水檢驗中，氟化物是一項比較重要的參數[2]。

生活用水中氟含量的測定經過了比較慢長的過程，但在近幾年發展比較迅速。一些專家對好多地區飲用水中的氟含量進行了測定，1996年衛平民等[3]對淮南地區飲用水中氟含量進行過測定和分析；1999年王珊珊等[4]測定分析過云南騰沖縣溫泉區的泉水與居民用水的氟含量；全國地氟病監測組報道了我國15個飲水型地方性氟中毒省區的17個縣、32個村的檢測結果[5]。這引起了一些化學專家的極度重視，他們開始致力于研究如何用一些簡單的辦法來測定水中的氟含量[6]。1996年李建軍用氟-鑭-茜素氟藍法測定了水中氟的含量，該法利用反應生成的藍色配合物氟-鑭-茜素氟藍對光的吸收測定水中氟含量，方法比較簡單，選擇性好，但是采用的萃取劑具有毒性，對環境造成污染；2004年黎曉敏等用氟離子選擇電極法[7]對重慶市飲用水中氟的含量進行了測定分析，該法測量簡便、靈敏度高、選擇性好以及容易實現連續自動測量。但是該法經常出現示值不穩，重現性較差；2009年李東明等依據國標方法離子選擇性電極法的原理[8]應用便攜式快速水質檢測儀測定了生活用水中的氟化物，該法是在對磺基苯偶氮變色酸鈉(SPADNS)法的基礎上利用便攜式快速水質監測儀測定生活飲用水中的氟化物，具有方便快速的特點。此外還有氟試劑分光光度法[9]、離子選擇性電極法[10-11]和離子色譜法[12]等，本文采用磺基水楊酸合鐵分光光度法測定水中的氟含量。

2 實驗部分

2.1 檢測原理

本文以三價鐵離子為中心原子，磺基水楊酸為顯色劑建立分光光度法測定氟離子。氟離子與三價鐵離子絡合，生成無色絡合物，三價鐵離子與磺基水楊酸在酸性條件下反應生成紫紅色絡合物。水樣中的氟離子與三價鐵離子生成較穩定的絡合物，且水樣中的其他陰離子不干擾，致使Fe3+絡合度降低，吸光度降低，氟離子的濃度與吸光度成反比，據此可以測定氟離子的含量。

2.2 儀器和試劑

儀器：電子天平、7230型分光光度計。

試劑：硫酸鐵銨、磺基水楊酸、氟化鈉、硫酸。

2.3 實驗過程

2.3.1 溶液的配制

Fe3+離子溶液：準確稱取一定量的硫酸鐵銨，加入20mL濃硫酸和去離子水溶解，1L容量瓶中定容，搖勻，作為儲備液備用。再移取上述溶液5mL于500mL容量瓶中，加水稀釋定容至刻度，搖勻，配成Fe3+標準溶液。

氟離子標準溶液：準確稱取一定量的氟化鈉，加去離子水溶解后轉移至500mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，備用。再移取上述溶液2mL于100mL的容量瓶中，加水稀釋定容至刻度，搖勻，配成F-標準溶液。

0.2%磺基水楊酸溶液：準確稱取一定量的磺基水楊酸，加去離子水溶解后轉移至50mL的容量瓶中稀釋至刻度，搖勻，備用。

2.3.3 樣品處理

取50mL的本地區生活用水待用。

2.3.3 樣品檢測

在六支已編號的50mL的容量瓶中，依次加人5.00 mL 的Fe3+標準溶液，1.00 mL 0.2%磺基水楊酸，分別精密量取0，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 mL氟標準溶液于6支容量瓶中，搖勻。分別取少量于六支1cm的比色皿中，分別測定其吸光度。

再移取5.00 mL 的Fe3+標準溶液，1.00 mL 0.2%磺基水楊酸于50mL的容量瓶中，加10mL的待測水樣，按照上述方法測其吸光度，平行測定三次。

3 結果與討論

3.1 測定條件的優化

3.1.1 吸收光譜

按照實驗方法，在7230型分光光度計上于400～600nm范圍內掃描吸收光譜，根據表1，以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，見圖1。由圖1可知，隨波長增大，吸光度先增大后減小，當波長為500nm，吸光度最大，故選擇500nm作為最佳測定波長。

表1 波長與吸光度的關系

圖1 Fe3-F--磺基水楊酸體系吸收光譜

3.1.2 反應時間的影響

將配制好的待測溶液按照實驗方法分別放置0、 5、10、30、50、60min后測定其吸光度，測得其吸光度分別為0.170、0.171、0.170、0.172、0.171、0.170結果表明，在1h內體系吸光度基本不變化，說明Fe3+和F-的絡合反應速度很快且此顯色體系非常穩定。

3.1.3 顯色劑用量的影響

固定Fe3+標準溶液用量，改變0.2%磺基水楊酸用量，不加F-標準溶液，按照實驗方法，考察顯色劑用量對體系的影響，數據見表2，以顯色劑用量為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，見圖2。由圖可知，隨著磺基水楊酸用量增加，體系的吸光度隨之增大，當磺基水楊酸用量0.8～1.5mL時，體系吸光度趨于穩定，故本實驗選用0.2%磺基水楊酸1.0mL。

表2 吸光度與顯色劑的關系

圖2 顯色劑用量對吸光度的影響

3.1.4 pH的影響

分別向體系中加入不同量的鹽酸(0.1mol/L)和NaOH(0.1mol/L)，測定其pH值和對應的吸光度，數據見表3，以pH值為橫坐標，以吸光度為縱坐標作圖，見圖3。由圖3中可見，pH值的變化對顯色影響很大，隨著pH值的增大，吸光度先增大后減小，當pH值控制在2.8～3.2時，顯色較穩定且吸光度最高。

表3 吸光度與pH值的關系

圖3 體系pH值對吸光度的影響

3.1.5 干擾離子的影響

3.2 F-標準曲線回歸方程

在最優條件測定體系吸光度，根據實驗的方法繪制工作曲線(見下圖)。結果表明氟離子質量濃度在0.4～4μg/mL范圍內與A呈良好的線性關系，其線性回歸方程為：A=-0.0543+0.0524c，R2=0.9844。

3.3 水樣測定

移取5.00 mL 的Fe3+標準溶液，1.00 mL 0.2%磺基水楊酸于50mL的容量瓶中，加10mL的待測水樣，按照上述方法測其吸光度，平行測定三次。測得其吸光度分別為0.053、0.052、0.053，參考標準曲線利用回歸方程計算得本地區生活用水中的氟含量為0.68mg/L。

圖4 標準曲線繪制

4 結論

(1)Fe3+-磺基水楊酸顯色分光光度法測定水中氟離子操作簡單、方便、平行性好,其方法的精密度、準確度均符合要求，可較好地應用于水中氟離子的測定。

(2)平行測定三次的水樣吸光度值分別為0.053、0.052、0.053，參考標準曲線利用回歸方程計算得本地區生活用水中的氟含量為0.68mg/L。(不超過國家規定的標準含量)。