氟离子选择电极直接电位法测牙膏中氟含量2011年10月5日氟离子选择电极直接电位法测定牙膏中的氟刘美娟, 刘梦倩, 伍淑韵应用化学中山大学，广州，501275。
* 通讯作者, E-mail: *****************摘要本实验通过氟离子选择电极直接电位分析法测定牙膏样品中的氟含量。
实验利用标准曲线法，以溶液电位为纵坐标，氟离子浓度的负对数为横坐标，求出了氟离子浓度的负对数与电位的线性关系，测得样品牙膏中的氟含量为0.04%（质量分数）。
实验说明直接电位法操作简单，成本低。
关键词直接电位法氟离子选择电极氟含量牙膏1 引言氟是人体必需的微量元素之一，微量氟有促进儿童生长发育和防龋齿的作用。
国际牙科联盟和国际牙科协会一直都在向人们推荐使用含氟牙膏。
如果人体缺氟，会出现龋牙（也叫蛀牙）与骨质疏松的症状。
但是氟含量过高对人体是有害的。
氟中毒后的主要症状为牙齿变黄、变黑、腿呈X型或O型、躬腰驼背或者手臂只能弯不能伸等，中毒轻者造成氟斑牙，重者出现氟骨症，甚至完全丧失劳动和生活自理能力。
有专家建议，高氟地区居民和6岁以下儿童应该远离含氟牙膏，政府监管部门应该出台相关法规，防止含氟产品滥用。
在含氟牙膏等产品包装上应该像烟草一样，注明可能对人体的危害的标示。
我国强制性国家标准《牙膏》GB 8372-2008中规定，成人牙膏总氟量在0.05%～0.15%，含氟儿童牙膏中氟的含量在0.05%～0.11%之间。
本实验用氟离子选择电极直接电位法测定牙膏中的氟含量。
直接电位法选用适当的指示电极浸入被测试液，测量其相对于一个参比电极的电位。
根据测出的电位，直接求出被测物质的浓度。
氟电极电位与溶液中F-活度符合Nernst方程，由氟电极与参比电极组成原电池其电动势方程E池=常数+0.059lg［a F-］，在实际测量中要求测定F-的浓度而不是活度，因此，在实验中要固定溶液的例子强度，使得活度系数成为常数，从而使电极电位与F- 浓度的对数lgC F-的关系成线性，可用工作曲线法定量。
目前，氟离子选择电极已经广泛应用于天然应用水，工业氟污染水的分析中。
为了使样品溶液中的活度系数与标准溶液的相同，利用TISBA来固定这两种溶液的离子强度。
氟离子选择电极对［AlF6］3-、［FeF6］3-等络离子和氟化氢缔合物形式的F无响应或响应甚微。
因此TISBA有以下作用：（1）保持溶液的总离子强度基本固定不变；（2）作为缓冲液保持pH值在5.0至5.5，消除了OH-的干扰，并且不易形成氟化氢缔合物；（3）其柠檬酸盐能络合Al3+、Fe3+等使原来被它们缔合的氟离子释放出来；（4）加快平衡时间。
2 实验部分2.1 试剂与仪器试剂（1）F-标准溶液（0.1000mol/L）：实验室提供；（2）TISAB（总离子强度调节缓冲溶液）：实验室提供，在500ml水中，加入57ml冰醋酸，58.5g的氯化钠和0.3g的柠檬酸钠，用水稀释至1L，pH值为5.0至5.5。
表一：TISAB的组成与离子强度组成C i Z i2NaCl（1mol/L）Hac（0.25mol/L）NaAc（0.75mol/L）柠檬酸三钠（0.001mol/L）μ=1/2∑C I Z I2=1.75 mol/LpH=5.0～5.51×12+1×12=2弱酸≈00.75×12+0.75×12=1.5 0.001×32+0.003×12=0.012仪器pH510型pH计/离子计；电磁搅拌器；氟离子选择性电极，Ag/AgCl电极，超声波清洗器。
2.2 1.000×10-2～1.000×10-5 mol/L的氟的标准溶液系列的配置取50ml的容量瓶，加入5mL0.1000mol/L氟标准液，加入25mlTISAC，用水稀释至刻度。
照此法，配置1.000×10-2～1.000×10-5的氟的标准溶液，浓度差为10倍。
2.3 标准氟工作曲线的制作利用pH510型pH计/离子计，由稀至浓测量上述标准溶液系列的电位值。
以F-浓度的对数为横坐标，电位（mV）为纵坐标，绘制标准曲线。
标准曲线如图一。
2.4 牙膏中氟含量的测定准确称取1.1906g的牙膏样品于小烧杯中，用25mlTISAB稀释转移到50ml容量瓶。
定容，超声波震荡几分钟。
取待测液用以上pH510型pH计/离子计测量此时溶液的电位值，记录于表一。
根据标准氟工作曲线以及样品的电位值求出牙膏中所含有的氟的浓度，并与国家标准进行比对。
3 结果与讨论3.1 数据记录表二：离子选择性电极直接测量牙膏中氟含量的结果记录表C F- / mol/L E /mV空白液4831.000×10-5 4191.000×10-4 3581.000×10-3 3001.000×10-2 242牙膏样品316表三：样品测定结果记录表样品质量/g 牙膏中氟含量/%1.1906 3163.2 数据处理根据所获得的实验数据，用Excel软件合成E（mV）-(-lgC F-)工作曲线，得到的工作曲线图和关系数据如图一所示：图一：E（mV）-(-lgC F-)工作曲线由工作曲线得知，线性回归方程E/mV=−58.9×lg （C F -/mol/L ）+123.6,故牙膏中的氟含量为： C F -=10^［（316-123.6）/(-58.9］)=10^(-3.27)=5.37 ×10-4mol/L;则1.1906g 牙膏里的F -含量为：m=5.37 ×10-4×50×10-3×19.00×103=0.5101mg;则牙膏里的F -含量为：w=0.5101÷1.1906=0.4285 mg/g; 以质量分数百分含量表示： w ，=0.04%3.4 实验讨论3.41 1.000×10-2～1.000×10-5mol/L 的氟的标准溶液的配置在配置溶液时，每种浓度的标准溶液加入了25ml TISAB 试液，其目的是：（1） 作为缓冲液保持pH 值在5.0至5.5，消除了OH -的干扰，并且不易形成氟化氢缔合物； （2） 其柠檬酸盐能络合Al3+、Fe 3+等使原来被它们缔合的氟离子释放出来；（3） 保持溶液的总离子强度基本固定不变； （4） 加快平衡时间。
3.42 工作曲线法与标准加入法的优劣比较工作曲线法具体方法是：用标准样品配制成不同浓度的标准系列，在与待测组分相同条件下，测量电位值，对样品浓度绘制标准曲线。
标准曲线法的优点是：绘制好标准工作曲线后测定工作就变得相当简单，可直接从标准工作曲线上读出含量，因此特别适合于大量样品的分析。
0501001502002503003504004500123456E(mV)-lg(C F -/mol/L)标准加入法，又名标准增量法，具体方法是：将一定量已知浓度的标准溶液加入待测样品中，测定加入前后样品的浓度。
加入标准溶液后的浓度将比加入前的高，其增加的量应等于加入的标准溶液中所含的待测物质的量。
如果样品中存在干扰物质，则浓度的增加值将小于或大于理论值。
工作曲线法适用于标准曲线的基体和样品的基体大致相同的情况，优点是速度快，缺点是当样品基体复杂时不正确。
标准加入法可以有效克服上面所说的缺点，因为他是把样品和标准混在一起同时测定的（“标准加入法”的叫法就是从这里来的），但就是速度很慢。
工作曲线法可在样品很多的时候使用，先做出曲线，然后从曲线上找点，那样方便。
标准加入法，适合数量少的时候用。
3.43 氟离子含量过高对人体的伤害主要表现为氟骨症和氟斑牙。
氟斑牙的表现为牙齿畸形、软化、牙釉质失去光泽、变黄；氟骨症的表现为骨骼变厚变软、骨质疏松、容易骨折。
氟中毒晚期往往有慢性咳嗽、腰背及下肢疼痛、骨质硬化、肌腱、韧带钙化和关节囊肥厚、骨质增生、关节变形等。
另外，机体代谢过程中所需要的某些酵素系统会被破坏，导致多器官病变。
因此，专家提醒使用含氟牙膏的量一定要小，一般每次不超过1克，牙膏占到牙刷头的五分之一到四分之一就可以了，无须挤满牙刷头。
由于儿童使用牙刷还不熟练，有可能误食含氟牙膏，危害身体健康，因此专家建议儿童不要使用含氟牙膏。
3.44 实验测得的牙膏含量是0.04%，含量符合国家标准，实验过程中有可能是导致误差，是的牙膏中含氟量较低的步骤有：（1）：牙膏在处理过程中，没有完全溶解，导致氟离子没有完全转移至待测液中；（2）：配置系列标准溶液等实验操作引起的误差也可能导致结果偏小；（3）：部分氟元素并不是以氟离子形式存在的，由于此法只能测以氟离子形式存在的氟元素。
4 结论本实验用氟离子选择电极直接电位法测定高露洁牙膏中氟的含量，以标准曲线法测得牙膏中氟的含量为0.04%的质量含量，符合国家标准《牙膏》GB8372-2008中的规定：“成人牙膏总氟量在0.05%-0.15%，含氟儿童牙膏中氟含量在0.05%-0.11%之间”，适合一般家庭使用。
实验操作检点，成本低廉，适合用于测定含氟量的测定。
但是本实验并未探讨测量的准确度，重现性，选择性，有待继续研究。
参考文献：［1］陈六平，邹世春.现代化学实验与技术.科学出版社，2010,413-415。