生活用水中氟含量的测定

赵俊英，赵俊明

(1.陇东学院 化学化工学院，甘肃 庆阳 745000；2.山东华宇工学院，山东 德州 253000)

1 引言

氟元素是人和畜禽正常生长所必需的微量元素之一，适量的氟对机体牙齿、骨骼的钙化、神经系统的传导和酶系统的代谢均有促经作用。而过量的氟会够破坏钙、磷的代谢。当人体内存在过量的氟或其化合物时，可引起各种急性或慢性的氟中毒[1]，可形成骨刺、骨节硬化、骨质疏松等氟骨病病症。饮水型氟中毒在我国流行最广，危害最严重，主要是通过饮水使机体摄入过量氟所致。在水质检验，尤其是地下水、自来水检验中，氟化物是一项比较重要的参数[2]。

生活用水中氟含量的测定经过了比较慢长的过程，但在近几年发展比较迅速。一些专家对好多地区饮用水中的氟含量进行了测定，1996年卫平民等[3]对淮南地区饮用水中氟含量进行过测定和分析；1999年王珊珊等[4]测定分析过云南腾冲县温泉区的泉水与居民用水的氟含量；全国地氟病监测组报道了我国15个饮水型地方性氟中毒省区的17个县、32个村的检测结果[5]。这引起了一些化学专家的极度重视，他们开始致力于研究如何用一些简单的办法来测定水中的氟含量[6]。1996年李建军用氟-镧-茜素氟蓝法测定了水中氟的含量，该法利用反应生成的蓝色配合物氟-镧-茜素氟蓝对光的吸收测定水中氟含量，方法比较简单，选择性好，但是采用的萃取剂具有毒性，对环境造成污染；2004年黎晓敏等用氟离子选择电极法[7]对重庆市饮用水中氟的含量进行了测定分析，该法测量简便、灵敏度高、选择性好以及容易实现连续自动测量。但是该法经常出现示值不稳，重现性较差；2009年李东明等依据国标方法离子选择性电极法的原理[8]应用便携式快速水质检测仪测定了生活用水中的氟化物，该法是在对磺基苯偶氮变色酸钠(SPADNS)法的基础上利用便携式快速水质监测仪测定生活饮用水中的氟化物，具有方便快速的特点。此外还有氟试剂分光光度法[9]、离子选择性电极法[10-11]和离子色谱法[12]等，本文采用磺基水杨酸合铁分光光度法测定水中的氟含量。

2 实验部分

2.1 检测原理

本文以三价铁离子为中心原子，磺基水杨酸为显色剂建立分光光度法测定氟离子。氟离子与三价铁离子络合，生成无色络合物，三价铁离子与磺基水杨酸在酸性条件下反应生成紫红色络合物。水样中的氟离子与三价铁离子生成较稳定的络合物，且水样中的其他阴离子不干扰，致使Fe3+络合度降低，吸光度降低，氟离子的浓度与吸光度成反比，据此可以测定氟离子的含量。

2.2 仪器和试剂

仪器：电子天平、7230型分光光度计。

试剂：硫酸铁铵、磺基水杨酸、氟化钠、硫酸。

2.3 实验过程

2.3.1 溶液的配制

Fe3+离子溶液：准确称取一定量的硫酸铁铵，加入20mL浓硫酸和去离子水溶解，1L容量瓶中定容，摇匀，作为储备液备用。再移取上述溶液5mL于500mL容量瓶中，加水稀释定容至刻度，摇匀，配成Fe3+标准溶液。

氟离子标准溶液：准确称取一定量的氟化钠，加去离子水溶解后转移至500mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，备用。再移取上述溶液2mL于100mL的容量瓶中，加水稀释定容至刻度，摇匀，配成F-标准溶液。

0.2%磺基水杨酸溶液：准确称取一定量的磺基水杨酸，加去离子水溶解后转移至50mL的容量瓶中稀释至刻度，摇匀，备用。

2.3.3 样品处理

取50mL的本地区生活用水待用。

2.3.3 样品检测

在六支已编号的50mL的容量瓶中，依次加人5.00 mL 的Fe3+标准溶液，1.00 mL 0.2%磺基水杨酸，分别精密量取0，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 mL氟标准溶液于6支容量瓶中，摇匀。分别取少量于六支1cm的比色皿中，分别测定其吸光度。

再移取5.00 mL 的Fe3+标准溶液，1.00 mL 0.2%磺基水杨酸于50mL的容量瓶中，加10mL的待测水样，按照上述方法测其吸光度，平行测定三次。

3 结果与讨论

3.1 测定条件的优化

3.1.1 吸收光谱

按照实验方法，在7230型分光光度计上于400～600nm范围内扫描吸收光谱，根据表1，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，见图1。由图1可知，随波长增大，吸光度先增大后减小，当波长为500nm，吸光度最大，故选择500nm作为最佳测定波长。

表1 波长与吸光度的关系

图1 Fe3-F--磺基水杨酸体系吸收光谱

3.1.2 反应时间的影响

将配制好的待测溶液按照实验方法分别放置0、 5、10、30、50、60min后测定其吸光度，测得其吸光度分别为0.170、0.171、0.170、0.172、0.171、0.170结果表明，在1h内体系吸光度基本不变化，说明Fe3+和F-的络合反应速度很快且此显色体系非常稳定。

3.1.3 显色剂用量的影响

固定Fe3+标准溶液用量，改变0.2%磺基水杨酸用量，不加F-标准溶液，按照实验方法，考察显色剂用量对体系的影响，数据见表2，以显色剂用量为横坐标，吸光度为纵坐标作图，见图2。由图可知，随着磺基水杨酸用量增加，体系的吸光度随之增大，当磺基水杨酸用量0.8～1.5mL时，体系吸光度趋于稳定，故本实验选用0.2%磺基水杨酸1.0mL。

表2 吸光度与显色剂的关系

图2 显色剂用量对吸光度的影响

3.1.4 pH的影响

分别向体系中加入不同量的盐酸(0.1mol/L)和NaOH(0.1mol/L)，测定其pH值和对应的吸光度，数据见表3，以pH值为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，见图3。由图3中可见，pH值的变化对显色影响很大，随着pH值的增大，吸光度先增大后减小，当pH值控制在2.8～3.2时，显色较稳定且吸光度最高。

表3 吸光度与pH值的关系

图3 体系pH值对吸光度的影响

3.1.5 干扰离子的影响

3.2 F-标准曲线回归方程

在最优条件测定体系吸光度，根据实验的方法绘制工作曲线(见下图)。结果表明氟离子质量浓度在0.4～4μg/mL范围内与A呈良好的线性关系，其线性回归方程为：A=-0.0543+0.0524c，R2=0.9844。

3.3 水样测定

移取5.00 mL 的Fe3+标准溶液，1.00 mL 0.2%磺基水杨酸于50mL的容量瓶中，加10mL的待测水样，按照上述方法测其吸光度，平行测定三次。测得其吸光度分别为0.053、0.052、0.053，参考标准曲线利用回归方程计算得本地区生活用水中的氟含量为0.68mg/L。

图4 标准曲线绘制

4 结论

(1)Fe3+-磺基水杨酸显色分光光度法测定水中氟离子操作简单、方便、平行性好,其方法的精密度、准确度均符合要求，可较好地应用于水中氟离子的测定。

(2)平行测定三次的水样吸光度值分别为0.053、0.052、0.053，参考标准曲线利用回归方程计算得本地区生活用水中的氟含量为0.68mg/L。(不超过国家规定的标准含量)。