高溫燃燒水解—離子選擇電極法測(cè)定土壤中氟

劉曉芳

（東北煤田地質(zhì)局沈陽測(cè)試研究中心 遼寧沈陽 110016）

引言

氟是一種非金屬化學(xué)元素，化學(xué)性質(zhì)活潑，不能單獨(dú)存在，自然界中都是以各種化合物的狀態(tài)廣泛存在于巖石、土壤、海洋中。氟具有高度的生物活性，在土壤中以不同的形式存在，而不同形態(tài)在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換，對(duì)許多生物具有明顯的毒性，而且氟不能生物降解，可以通過生物和食物鏈作用在生物體內(nèi)富集，因此低水平的污染也能對(duì)人造成危害。土壤氟是大多數(shù)地方水和食物中氟的主要來源，大都以無機(jī)化合物的狀態(tài)存在，土壤氟污染對(duì)動(dòng)植物和人的危害是慢性、累積性的生理障礙過程。土壤樣品中氟含量的測(cè)定在對(duì)環(huán)境背景值調(diào)查研究中，具有重要的意義。

氟化物的測(cè)定可采用電極法和比色法。電極法的濃度適應(yīng)范圍較寬，樣品溶液渾濁和有色均不干擾測(cè)定，且簡(jiǎn)便、快速、靈敏。比色法適用于較清潔的水樣，當(dāng)干擾物質(zhì)過多時(shí)需預(yù)先進(jìn)行蒸餾，且操作繁鎖，干擾較多。

1 測(cè)定原理：

1.1 高溫燃燒水解-氟離子選擇電極法

試樣和少量石英砂混合,在1100℃高溫下,在氧氣和水蒸氣混合氣流中燃燒和水解，樣品中各種形態(tài)的氟化物轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性氟化物進(jìn)入冷凝水中。在總離子緩沖溶液存在的條件下以氟離子選擇性電極測(cè)定電位，用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定樣品溶液中氟離子濃度，計(jì)算出土壤中氟含量。

1.2 離子選擇電極法

樣品用氫氧化鈉熔融，用熱水浸取，鹽酸除去干擾的離子，在總離子緩沖溶液存在的條件下，直接用氟電極法測(cè)定電位，根據(jù)公式計(jì)算出土壤中氟含量。

2 測(cè)定步驟：

2.1 高溫燃燒水解-氟離子選擇電極法

2.1.1 高溫燃燒水解

將各個(gè)系統(tǒng)連接好，然后將爐溫升至1100±5℃，通水蒸氣和氧氣，稱取0.5g的樣品和石英砂，混勻并用石英砂覆蓋，分3次把樣品推至高溫區(qū)，對(duì)樣品水解的冷凝液進(jìn)行收集，加入試劑，定容搖勻。

2.1.2 電位測(cè)量（標(biāo)準(zhǔn)加入法）

試液進(jìn)行電位測(cè)定，待電位穩(wěn)定后記錄電位E1，然后加入氟標(biāo)準(zhǔn)溶液，待電位穩(wěn)定后再記錄電位E2，兩次電位差代入公式計(jì)算出土壤中氟含量。

2.2 離子選擇電極法

2.2.1 熔樣

稱取0.2g樣品，加氫氧化鈉，于550～570℃加熱20min，用沸水浸取，轉(zhuǎn)入容量瓶，加鹽酸并定容100mL。然后吸取清液，調(diào)解pH值，定容50mL搖勻，待測(cè)。

2.2.2 電位測(cè)量

將制備好的試液，進(jìn)行電位測(cè)定，根據(jù)電位數(shù)計(jì)算相應(yīng)的氟含量。

3 測(cè)定結(jié)果

在對(duì)土壤樣品中氟化物進(jìn)行分析測(cè)定前，首先選用GSS-7，GSS-8，GSS-15土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了氟化物分析監(jiān)測(cè)，使標(biāo)樣的背景、結(jié)構(gòu)、組分、含量水平與待測(cè)樣品一致，保證了分析方法、分析測(cè)定儀器、實(shí)驗(yàn)室條件等的一致性，進(jìn)行了必要的質(zhì)量保證。同時(shí)在每次監(jiān)測(cè)時(shí)都帶有土壤標(biāo)樣與土壤待測(cè)樣品同時(shí)監(jiān)測(cè)分析進(jìn)行質(zhì)量控制。

表 土壤標(biāo)準(zhǔn)/待測(cè)樣品測(cè)定結(jié)果

通過用高溫燃燒水解-氟離子選擇電極法和離子選擇電極法對(duì)同一土壤標(biāo)準(zhǔn)/待測(cè)樣品進(jìn)行重復(fù)性檢測(cè)，從平行和加標(biāo)回收率的檢測(cè)結(jié)果來看，高溫燃燒水解-氟離子選擇電極法對(duì)土壤樣品檢測(cè)的結(jié)果重復(fù)性和加標(biāo)回收率要明顯優(yōu)于離子選擇電極法。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

由于離子選擇電極法是基于被測(cè)氟離子對(duì)氟化鑭電極傳感膜的響應(yīng)電位大小來計(jì)算該離子的濃度，標(biāo)準(zhǔn)加入法是在同一溶液中測(cè)量?jī)纱坞姌O電位，這在一定程度上減小了由于試液離子成分或強(qiáng)度和溫度的不一致而引入的測(cè)量誤差。高溫水解處理樣品和標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定電位使整個(gè)氟含量測(cè)試過程的誤差大大減小，使數(shù)據(jù)更加科學(xué)、準(zhǔn)確。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，高溫燃燒水解-氟離子選擇電極法的測(cè)試效果優(yōu)于離子選擇電極法，效率也遠(yuǎn)高于離子選擇電極法。而且通過成本核算，用高溫燃燒水解-氟離子選擇電極法測(cè)定土壤中的氟含量要比用離子選擇電極法節(jié)省1/3～1/2的費(fèi)用。所以從確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、檢測(cè)高效、操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)生的二次污染小、成本低、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的角度出發(fā)，檢測(cè)土壤中氟含量，用高溫燃燒水解-氟離子選擇電極法要優(yōu)于離子選擇電極法。

結(jié)語

在安全的前提下，我們應(yīng)該優(yōu)先采用一種科學(xué)、經(jīng)濟(jì),能夠快速、準(zhǔn)確測(cè)定土壤中含氟量的方法，確保數(shù)據(jù)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，為下一步工作提供科學(xué)依據(jù)。