恩施市居民饮用水中F-含量的测定

屈桃李，左晓宇，王联芝

(湖北民族学院 化学与环境工程学院，湖北 恩施 445000)

氟是自然界中固有的化学物质，普遍存在于自然条件及各种介质中[1-3].在我国，高氟废水的分布十分广泛，遍布我国27个省、市、自治区，尤其是西北、东北等边远地区和经济相对落后的农村地区.而高氟水对人体健康有直接影响[1],当饮用水中氟含量高于1.0 mg/L时，则会引起氟斑牙病，若长期饮用含量高于4.0 mg/L的水会引起氟骨病[4].世界卫生组织及各个国家均规定了相应的饮用水含氟标准，如世界卫生组织规定饮用水中氟的最高允许浓度为1.5 mg/L，而我国及其它许多国家规定饮用水中氟的最高允许浓度为1.0 mg/L[5].因此，对饮用水中氟离子的快速、即时检测具有重要的意义.

目前，F-检测方法主要有离子选择电极法[6-10]、色谱法[11-13]、荧光法[14-15]、动态光散射(DLS)技术[16]、分光光度法[17]等.色谱法发展较成熟，对样品的适用性广，重现性和选择性相对较好，但操作复杂，仪器昂贵；荧光法及动态光散射技术准确性较高，也存在操作复杂，价格昂贵等缺点；相比而言离子选择性电极法不仅选择性好、准确、快速、检测范围宽，而且适用范围非常广泛.因此，本文以湖北省恩施市居民饮用水为研究对象，应用离子选择性电极法检测不同水质中F-离子含量.

1 试验方法

1.1 试验器材及试剂

NaF(GR，上海谷研科技有限公司)、柠檬酸钠(GR，上海谷研科技有限公司)、NaCl(GR，上海谷研科技有限公司)、冰乙酸(GR，武汉市中天化工有限责任公司)、NaOH(GR，上海阿拉丁有限公司)、二次蒸馏水.

水样A：湖北民族学院图书馆饮用水(沸腾的自来水)；水样B：瓶装康师傅矿物质水(购于恩施市某超市)；水样C：桶装纯净水(恩施市某纯净水厂)；水样D：市政自来水.

PHSJ-3F型离子选择性电极、磁力搅拌器，上海双旭电子有限公司生产.

1.2 标准溶液的配制

1)准确称取105℃下干燥至恒重的优级纯NaF固体，用二次蒸馏水配制10.00 mg/L氟化物标准储备液和100.00 mg/L氟化物标准储备液，待用.

2)总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)的配制：称取10.0 g柠檬酸钠固体和58.0 g NaCl固体，加入57 mL冰乙酸，溶于二次蒸馏水中，充分搅拌，加入10 mol/L的NaOH调节pH值为5.0～5.5.将该溶液转入1 000 mL容量瓶中，稀释至标线，充分摇匀，待用.

1.3 水样中氟离子浓度测定

1)标准曲线的绘制[18]：吸取10.00 mg/L氟化物标准溶液0.50、1.00、2.50 mL，吸取100.00 mg/L氟化物标准溶液0.50、1.00、2.50 mL，分别置于6支50 mL容量瓶中，用二次蒸馏水稀释至标线，摇匀，即为0.10、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 μg/mL的标准系列溶液，分别准确移取10.00 mL上述的标准溶液和总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)于6个25 mL烧杯中，各放入1只塑料搅拌子，按浓度由低到高的顺序，依次用离子选择性电极检测电位值(E).测定过程中，连续搅拌溶液，读取搅拌状态下的稳态电位值(E)，绘制标准曲线，得出标准曲线方程.

2)水样中氟离子浓度的测定:参照测定标准曲线的试验方法，对实际水样：湖北民族学院图书馆饮用水(水样A)、瓶装康师傅矿物质水(水样B)、桶装纯净水(水样C)、恩施市政自来水(水样D)的电位值进行测定，根据标准曲线方程计算所测定水样中的F-含量.

表1 不同水样中F-浓度测定

图1 氟离子电位标准曲线图Fig.1 The standard potential curve of Fluorine ion

2 结果与讨论

2.1 氟离子标准曲线

根据能斯特方程，测定的电位与水中氟离子含量的负对数成线性关系，故以电位E对-lgCF做图，如图1所示.

从图1中可以看出，线性相关系数R2为0.993 5，电位与样品中氟离子浓度的负对数呈很好的线性关系，说明在一定浓度范围内，用该方法测定水样中的氟离子浓度具有较高的准确性.

2.2 影响因素分析

1)pH值：氟离子选择电极测量的最佳酸度为pH值5～6；当pH<5时，溶液中发生配位反应：2F-+H+=HF+F-=HF2-，使试液中的F-减少，影响电极的灵敏度且测定结果偏低；当pH值>8时，OH-与氟电极膜表面发生反应：LaF3+3OH-=La(OH)3+3F-而引入F-，使测定结果偏高，所以测定过程中严格控制pH值.

2)干扰离子：Al3+、Fe3+、Be2+、Th4+及其他稀土离子等与氟离子形成络物影响测定，加入柠檬酸三钠，可使F-从络合物中游离出来，提高准确度.

3)其他因素：温度，搅拌时间等，均对水中氟离子浓度的测定产生影响.

2.3 实际水样中氟离子浓度的测定

对与日常生活相关的四种水样A、B、C、D采用氟离子选择电极进行测定，结果如表1.

试验结果表明：恩施居民饮用水中氟含量在GB 5749-2006 《生活引用水卫生标准》规定范围之内(<1 mg/L)，水质较好.

离子选择性电极法测水中F-离子精密度、准确度均十分理想，具有仪器设备价廉、选择性好、准确、快速、检测范围宽的特点，适用于大批量水样的检测分析.

3 结论

采用氟离子选择电极法测定水样中的氟离子含量，测量结果准确，操作简单、快速，仪器设备价廉.对恩施城区的典型饮用水中氟离子含量进行检测分析，结果表明本地区的饮用水源符合GB 5749-2006《生活引用水卫生标准》中关于氟离子含量的标准.

参考文献:

[1] 罗媛. 氟元素与人体健康[J].广东微量元素科学，2002,9:21-23.

[2] Maheshwari U R,McDonald J T, Schneider V S,et al.Fluoride balance studies in ambulatory healthy men with and without fluoride supplements[J].Am J Clin Nutr,1981,34:2679-2684.

[3] Czarnowski W, Wraesniowska K, Kerchniak J. Flouride in drinking water and human urine in Northern and Central Poland[J].Sci Total Environ,1996,191:177-184.

[4] 刘云玲.水体中氟的检测与治理研究进展[J].化学工程与装备,2011(6):163-165.

[5] 王家林.玉田县高氟水成因分析及防治[J].水科学与工程技术,2005(4):20-21.

[6] 刘玉梅.用离子选择电极法分析饮用水中氟离子浓度[J].山西科技,2009(5):127-128.

[7] 董菊芬,董丙坤.生活饮用水中氟离子含量测定[J].河北化工,2010,33(3):60-61.

[8] 蒋晶,皇甫晓东.离子选择电极法与离子色谱法测定生活饮用水中氟化物的比较[J].环境科学与管理,2011,36(1):131-133.

[9] 陈晶晶,施奕佳.离子选择电极法测定水中氟离子影响因素的探讨[J].干旱环境监测,2012,26(3):136-139.

[10] 胡红美,郭远明,孙秀梅,等.离子选择电极法测定生活饮用水中氟化物[J].中国无机分析化学,2013,3(3):13-16.

[11] 吴秀红,迟海军,姜效军,等.反向高效液相色谱仪测定水中的F[J].鞍山科技大学学报,2003,26(2):105-106.

[12] 张亚平,张淑琼，黄三发.离子色谱法测定饮用水中氟化物有关实验因素影响的探讨[J].中国地方病学杂志,2007(26):207-211.

[13] 薛诚,郁倩.氟离子选择电极常量法、微量法和离子色谱法测定饮用水中氟化物的比较[J].中国卫生检验杂志,2005,15(3):314-315.

[14] 霍广进,刘桂英.环境水中微量氟的测定[J].河北师范大学学报：自然科学版,2005,29(4):390-394.

[15] 邱波,于天君,陈金平,等.水相氟离子“turn-on”型荧光传感器[J].影响科学与光化学,2013(5):383-389.

[16] 王青,杨丽燕,刘剑波,等.动态光散射技术用于氟离子的检测[J].高等学校化学学报,2012,33(10):2195-2198.

[17] 秦宗会,谢兵,刘艳.氟含量测定方法综述[J].中国西部科技,2010(9):1-2.

[18] 奚旦立，孙裕生，刘秀英.环境监测[M].北京：高等教育出版社,1996.