环境监测中氟化物的检测方法研究

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　　【摘要】随着社会的进步和国民经济的发展，人们的环保意识越来越强，更加关注环境监测相关工作的实际效果。所谓环境监测，是指针对影响环境质量因素的一些代表值进行测定，继而确定环境质量、污染程度以及变化趋势。氟化物属于环境监测中的重要指标之一，对环境污染程度具有重要的指向性作用。本文主要分析了环境监测中对氟化物的常用检测方法。
　　【关键词】环境监测  氟化物  检测方法  电极法
　　【中图分类号】X830 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）32-0095-02
　　1.氟化物
　　氟化物属于卤族元素所构成的化合物。氟和其它卤族元素的性质相似，一般会以单负阴离子的形式存在（即氟离子F-）。此外，氟离子可以与氦、氖和氩等惰性元素之外的所有元素结合形成二元化合物。氟元素不仅可以生成能够致命的毒素Sarin，也可生成特效药Efavirenz;可以是易溶于水的氟化钙，也可以是有着强反应性的四氟化硫。氟非常容易和高氧化态阳离子之间形成稳定浓度结合离子，比如AlF。氟和其它卤族元素的不同之处在于，可以与锂、碱土金属和镧系元素结合形成难溶于水的物质。氢氟酸属于一种氟化氢水溶液，是常见的具有强还原性的弱酸。含有金属元素的氟化物能够形成各类酸式盐，比如萤石和KHF2等。碱金属元素的碳酸盐（亦或是氢氧化物）和氢氟酸之间反应能够获得碱金属的各类氟化物。
　　2.环境监测中氟化物检测常用方法
　　氟化物是环境监测的一项重要指标，依据我国实际情况，目前在环境监测工作中对氟化物的检查方法主要包括：
　　2.1比色法
　　在针对环境样品中氟化物进行检测的工作中，比色法属于一种经典而又常用的方法，此方法的特征为锆盐与茜素磺酸钠处于酸性溶液当中会形成红色的络合物，如果所检测样品内含有氟离子，会与锆离子之间发生反应，产生无色氟化锆，同时释放黄色茜素磺酸钠，可以根据溶液色度变化（由红色变成黄色）与标准进行比色，实现定量测量效果。如果试样溶液为50ml，则对氟化物浓度的测定下限是0.4mg/l，而测定上限是1.5mg/l，在样品浓度较高时可采取稀释测定的方法。相比之下，此方法具有较强的便捷性与时效性，不过其检测结果实际误差较大，适合用在对地下水、地表水、工業废水以及饮用水氟化物的检测当中。
　　2.2分光光度法
　　 经过多年的研究与实践，逐渐衍生出多针氟化物检测方法，分光光度法便是目前应用最为广泛的一种方法，通常用在对地下水、地表水以及工业废水氟化物的测定当中。其作用原理为：如果乙酸溶液pH值处于4.0左右的时候，被检测水样中的氟离子会和氟试剂、硝酸镧发生反应，产生蓝色的络合物，此络合物处在620nm波长条件下，其吸光度和氟离子的浓度成正比。经过实验分析可以发现，该种检测方法的检出上限为0.08mg/l，测定下限为0.02mg/l。此方法的主要特点体现在适合用在对氟含量较低水样的检测当中，而缺点体现在其检测所需时间较长，而且实验步骤繁杂。
　　2.3电极法
　　 电极法是另一种对水中氟化物进行检测的常用方法，其特征体现在氟电极构造较为简单，而且具备良好的灵敏度，对于氟离子具有非常好的选择性，其稳定时间较短，实际操作更为简单。为防止操作过程所导致误差的出现，要针对具体流程进行严格控制，要求实验人员对氟电极和参比电极特性非常熟悉。该方法的作用原理为：在被测溶液当中，氟离子选择电极会和参比甘汞电极共同构成原电池，在原电池的作用之下，氟离子活度会发生变化，继而引发原电池电动势的改变，可以通过对电池电动势所呈现变化的检测，测定溶液当中氟离子活度的大小。溶液当中氟离子活度相应对数值会与原电池电动势之间呈线性相关，符合能斯特方程。标准加入法与标准曲线法属于对电极法应用中最常用的辅助方法。
　　2.3.1大气滤膜采样
　　 处于大气样品当中的氟离子很难实现直接测定，要利用大气滤膜进行采样，让大气当中的氟离子随大气样品一起被滤膜所吸附，通过对采样流量与时间的固定，检测滤膜当中氟化物含量。此方法主要适合用在对空气环境中氟化物每小时浓度与日平均温度进行测定。当进样体积为6立方米时，利用电极法进行测定，测定下限是0.9？滋g/m3。此方法的原理是将大气进样体积固定，大气样品当中的氟化物在经过滤膜（磷酸氢二钾浸润）时，会被滤膜固定或者阻隔，随后针对滤膜中的氟化物利用盐酸溶液进行洗脱。
　　2.3.2  石灰滤纸采样
　　 在针对大气环境中长期范围内平均氟化物含量加以测定时，便需要作较长时间采样处理。以一个月为周期进行采样，对大气当中氟化物含量进行测定时，其检测下限是0.18？滋g/（dm  d）。此方法的原理在于大气中氟化物和经过氢氧化钙浸润的滤纸长期接触，继而形成反应被固定，通过TISABⅡ缓冲液浸提吸收，随后结合电极法加以测定，得到石灰滤纸中氟离子相应的浓度值，继而计算与分析得出一定时间之内大气当中氟离子的平均含量。
　　2.3.3电极法的优缺点
　　 氟离子选择电极法属于一种十分传统的氟元素测定方法，具有快速、精准、抗干扰性强等优点。不过，通常情况下，环境样品当中的氟含量会呈现出较大的变化，会受到各种因素的影响，比如pH、温度、电极老化、缓冲剂浓度以及搅拌速度等。如果所利用的缓冲剂浓度过高，会影响到检测灵敏度，无法得出准确的结果。因此，在工作实践中，要合理设计缓冲剂浓度，以准确检测环境样品当中氟元素的含量。
　　2.4色谱法
　　 近些年来，随着现代科学技术与检测手段的持续更新和发展，使离子色谱法被应用于多个领域，而在环境监测工作中的应用最为广泛，不仅能够测定水当中氟化物的含量，还能测定土壤以及大气等环境样品当中的氟化物。与其它方法相比，利用离子色谱法测定地表水当中氟元素的含量，具有更好的灵敏度，并且测定速度比较快，实际应用效果较好。离子色谱仪在构成上较为复杂，其构成部分包括进样阀、抑制器、高压泵、保护柱以及数据处理系统等。比较常见的离子色谱检测器包括三种：电导检测器、光学检测器以及安培检测器。在离子色谱法中，抑制器主要起到两方面作用： 　　（1）能够有效降低淋洗液背景电导。
　　（2）提高被测离子所具备的电导值，从而改善信噪比。
　　 利用离子色谱法，不仅能够实现对待测样品当中单个元素的测定，还能同时检测样品溶液当中的多种阴离子，结合自动进样器与相关软件形成自动化操作，在分析完成之后能够自动生成报告并打印，大幅提高工作效率。样品溶液当中氟离子在被碱性淋洗液淋洗之后，可以较为准确地获得相应测定值。
　　虽然离子色谱法对于环境样品当中阴离子的测定具有非常显著的效果，不过其仪器较为昂贵，而且日常维护和配件更换等费用较高，样品溶液当中所含有的低分子有机酸会影响到氟元素的测定结果。
　　3.电极法测定水中氟化物浓度
　　 经过上文的分析可以发现，针对氟化物的各种检测方法都具有其具体的优势和缺点，在实际应用过程中要进行综合分析。下面以电极法为例，分析水中氟化物的检测过程。
　　3.1材料和方法
　　3.1.1试剂
　　 ①离子强度缓冲液。取59g氟化钠、3.48g柠檬酸三钠以及57ml冰乙酸，将其溶解在纯水中，随后用氢氧化钠溶液（浓度为400g/l）调节pH至5.0-5.5，并用纯水稀释到1000ml。
　　②氟化物标准使用液。
　　3.1.2测定方法
　　①样品处理。依据水样受到氟化物污染的程度，利用纯水对水样进行稀释;②在50ml容量的塑料杯当中分别吸取氟化物标准使用液0、0.2、0.6、1、2、4、6ml，并分别加入纯水到10ml，分别加入离子强度缓冲液10ml。其标准系列浓度是0、0.2、0.6、1、2、4、6mg/l（以氟离子计）;③在50ml塑料杯中加入样品稀释液10ml，分别加入离子强度缓冲液10ml;④将磁搅拌子分别放入标准系列溶液與样品稀释液当中，利用电磁加热棒进行搅拌，不断搅拌的过程中读取平衡电位值（是指电位值的变化低于0.5mV/min的情况）;⑤用标准系列浓度负电位值减去0mg/l情况下的负电位值，记为x，将各标准系列浓度相应对数记为y，随后计算氟化物直线回归公式以及直线回归系数。用样品所测得负电位值减标准系列氟标准浓度相应负电位值，可以计算得出样品对数浓度具体的数值，随后再求出反对数，便可获得样品浓度数值。
　　3.2实验结果
　　实验结果如表一。
　　3.3讨论
　　3.3.1  氟化物标准曲线以及样品稀释度的确定
　　在合理范围内增大氟离子的标准曲线浓度范围，同时依据不同水样受到氟离子污染程度的区别，利用纯水进行稀释，从而适应环境当中氟离子污染情况的复杂性。结果显示，样品3与样品4严重超过氟化物的排放标准3mg/l。
　　3.3.2  标准曲线回归系数
　　经过对实验数据的计算与分析，可以发现标准系列曲线具有较好的笔直程度，证明所获得实验数据较为可靠。
　　3.3.3  温度和斜率
　　在实际测定过程当中，标准溶液和样品液在温度上要保持一致。此实验温度是27℃，斜率为58，与理论斜率58.2之间相接近，因此所获得实验结果具有较好的准确性。
　　3.3.4  pH范围与干扰物质消除
　　为防止氢氧根离子对氟化物测定过程形成干扰，需要加入一定量的离子强度缓冲液，在测试过程中要控制溶液pH于特定数值。此外，离子缓冲液能够在一定程度上消除与氟离子所形成络合物的铝离子、铁离子的干扰。应用电极法对氟化物浓度进行测定，可以排除浑浊度与因色度对液体样品在测定过程中所形成的干扰。
　　4.结束语
　　 综上所述，在国民环保意识日渐提升的今天，开展环境监测工作具有非常重要的现实意义，能够为环保工作指导具体的方向，促进我国环保事业的发展。作为一名环境监测工作人员，要在日常工作中积极探索，对国内外其他科研人员的先进工作经验加以借鉴，继而与我国环保事业的发展情况相结合，创建出一套更加符合我国国情的氟化物监测体系，在实现自我价值的同时，为国家环保事业的发展注入源源不断的活力。
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　　作者简介：
　　努扎艾提·艾比布（1982-），女， 维吾尔族，新疆人，研究生， 副教授，研究方向：水体新型污染的生物、化学去除研究。
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