環(huán)境監(jiān)測中氟化物的檢測方法研究

【摘要】隨著社會的進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們的環(huán)保意識越來越強，更加關(guān)注環(huán)境監(jiān)測相關(guān)工作的實際效果。所謂環(huán)境監(jiān)測，是指針對影響環(huán)境質(zhì)量因素的一些代表值進行測定，繼而確定環(huán)境質(zhì)量、污染程度以及變化趨勢。氟化物屬于環(huán)境監(jiān)測中的重要指標(biāo)之一，對環(huán)境污染程度具有重要的指向性作用。本文主要分析了環(huán)境監(jiān)測中對氟化物的常用檢測方法。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境監(jiān)測 ?氟化物 ?檢測方法 ?電極法

【中圖分類號】X830 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）32-0095-02

1.氟化物

氟化物屬于鹵族元素所構(gòu)成的化合物。氟和其它鹵族元素的性質(zhì)相似，一般會以單負陰離子的形式存在（即氟離子F-）。此外，氟離子可以與氦、氖和氬等惰性元素之外的所有元素結(jié)合形成二元化合物。氟元素不僅可以生成能夠致命的毒素Sarin，也可生成特效藥Efavirenz;可以是易溶于水的氟化鈣，也可以是有著強反應(yīng)性的四氟化硫。氟非常容易和高氧化態(tài)陽離子之間形成穩(wěn)定濃度結(jié)合離子，比如AlF。氟和其它鹵族元素的不同之處在于，可以與鋰、堿土金屬和鑭系元素結(jié)合形成難溶于水的物質(zhì)。氫氟酸屬于一種氟化氫水溶液，是常見的具有強還原性的弱酸。含有金屬元素的氟化物能夠形成各類酸式鹽，比如螢石和KHF2等。堿金屬元素的碳酸鹽（亦或是氫氧化物）和氫氟酸之間反應(yīng)能夠獲得堿金屬的各類氟化物。

2.環(huán)境監(jiān)測中氟化物檢測常用方法

氟化物是環(huán)境監(jiān)測的一項重要指標(biāo)，依據(jù)我國實際情況，目前在環(huán)境監(jiān)測工作中對氟化物的檢查方法主要包括：

2.1比色法

在針對環(huán)境樣品中氟化物進行檢測的工作中，比色法屬于一種經(jīng)典而又常用的方法，此方法的特征為鋯鹽與茜素磺酸鈉處于酸性溶液當(dāng)中會形成紅色的絡(luò)合物，如果所檢測樣品內(nèi)含有氟離子，會與鋯離子之間發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生無色氟化鋯，同時釋放黃色茜素磺酸鈉，可以根據(jù)溶液色度變化（由紅色變成黃色）與標(biāo)準(zhǔn)進行比色，實現(xiàn)定量測量效果。如果試樣溶液為50ml，則對氟化物濃度的測定下限是0.4mg/l，而測定上限是1.5mg/l，在樣品濃度較高時可采取稀釋測定的方法。相比之下，此方法具有較強的便捷性與時效性，不過其檢測結(jié)果實際誤差較大，適合用在對地下水、地表水、工業(yè)廢水以及飲用水氟化物的檢測當(dāng)中。

2.2分光光度法

經(jīng)過多年的研究與實踐，逐漸衍生出多針氟化物檢測方法，分光光度法便是目前應(yīng)用最為廣泛的一種方法，通常用在對地下水、地表水以及工業(yè)廢水氟化物的測定當(dāng)中。其作用原理為：如果乙酸溶液pH值處于4.0左右的時候，被檢測水樣中的氟離子會和氟試劑、硝酸鑭發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生藍色的絡(luò)合物，此絡(luò)合物處在620nm波長條件下，其吸光度和氟離子的濃度成正比。經(jīng)過實驗分析可以發(fā)現(xiàn)，該種檢測方法的檢出上限為0.08mg/l，測定下限為0.02mg/l。此方法的主要特點體現(xiàn)在適合用在對氟含量較低水樣的檢測當(dāng)中，而缺點體現(xiàn)在其檢測所需時間較長，而且實驗步驟繁雜。

2.3電極法

電極法是另一種對水中氟化物進行檢測的常用方法，其特征體現(xiàn)在氟電極構(gòu)造較為簡單，而且具備良好的靈敏度，對于氟離子具有非常好的選擇性，其穩(wěn)定時間較短，實際操作更為簡單。為防止操作過程所導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)，要針對具體流程進行嚴(yán)格控制，要求實驗人員對氟電極和參比電極特性非常熟悉。該方法的作用原理為：在被測溶液當(dāng)中，氟離子選擇電極會和參比甘汞電極共同構(gòu)成原電池，在原電池的作用之下，氟離子活度會發(fā)生變化，繼而引發(fā)原電池電動勢的改變，可以通過對電池電動勢所呈現(xiàn)變化的檢測，測定溶液當(dāng)中氟離子活度的大小。溶液當(dāng)中氟離子活度相應(yīng)對數(shù)值會與原電池電動勢之間呈線性相關(guān)，符合能斯特方程。標(biāo)準(zhǔn)加入法與標(biāo)準(zhǔn)曲線法屬于對電極法應(yīng)用中最常用的輔助方法。

2.3.1大氣濾膜采樣

處于大氣樣品當(dāng)中的氟離子很難實現(xiàn)直接測定，要利用大氣濾膜進行采樣，讓大氣當(dāng)中的氟離子隨大氣樣品一起被濾膜所吸附，通過對采樣流量與時間的固定，檢測濾膜當(dāng)中氟化物含量。此方法主要適合用在對空氣環(huán)境中氟化物每小時濃度與日平均溫度進行測定。當(dāng)進樣體積為6立方米時，利用電極法進行測定，測定下限是0.9？滋g/m3。此方法的原理是將大氣進樣體積固定，大氣樣品當(dāng)中的氟化物在經(jīng)過濾膜（磷酸氫二鉀浸潤）時，會被濾膜固定或者阻隔，隨后針對濾膜中的氟化物利用鹽酸溶液進行洗脫。

2.3.2 ?石灰濾紙采樣

在針對大氣環(huán)境中長期范圍內(nèi)平均氟化物含量加以測定時，便需要作較長時間采樣處理。以一個月為周期進行采樣，對大氣當(dāng)中氟化物含量進行測定時，其檢測下限是0.18？滋g/（dm ?d）。此方法的原理在于大氣中氟化物和經(jīng)過氫氧化鈣浸潤的濾紙長期接觸，繼而形成反應(yīng)被固定，通過TISABⅡ緩沖液浸提吸收，隨后結(jié)合電極法加以測定，得到石灰濾紙中氟離子相應(yīng)的濃度值，繼而計算與分析得出一定時間之內(nèi)大氣當(dāng)中氟離子的平均含量。

2.3.3電極法的優(yōu)缺點

氟離子選擇電極法屬于一種十分傳統(tǒng)的氟元素測定方法，具有快速、精準(zhǔn)、抗干擾性強等優(yōu)點。不過，通常情況下，環(huán)境樣品當(dāng)中的氟含量會呈現(xiàn)出較大的變化，會受到各種因素的影響，比如pH、溫度、電極老化、緩沖劑濃度以及攪拌速度等。如果所利用的緩沖劑濃度過高，會影響到檢測靈敏度，無法得出準(zhǔn)確的結(jié)果。因此，在工作實踐中，要合理設(shè)計緩沖劑濃度，以準(zhǔn)確檢測環(huán)境樣品當(dāng)中氟元素的含量。

2.4色譜法

近些年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與檢測手段的持續(xù)更新和發(fā)展，使離子色譜法被應(yīng)用于多個領(lǐng)域，而在環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用最為廣泛，不僅能夠測定水當(dāng)中氟化物的含量，還能測定土壤以及大氣等環(huán)境樣品當(dāng)中的氟化物。與其它方法相比，利用離子色譜法測定地表水當(dāng)中氟元素的含量，具有更好的靈敏度，并且測定速度比較快，實際應(yīng)用效果較好。離子色譜儀在構(gòu)成上較為復(fù)雜，其構(gòu)成部分包括進樣閥、抑制器、高壓泵、保護柱以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。比較常見的離子色譜檢測器包括三種：電導(dǎo)檢測器、光學(xué)檢測器以及安培檢測器。在離子色譜法中，抑制器主要起到兩方面作用：

（1）能夠有效降低淋洗液背景電導(dǎo)。

（2）提高被測離子所具備的電導(dǎo)值，從而改善信噪比。

利用離子色譜法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對待測樣品當(dāng)中單個元素的測定，還能同時檢測樣品溶液當(dāng)中的多種陰離子，結(jié)合自動進樣器與相關(guān)軟件形成自動化操作，在分析完成之后能夠自動生成報告并打印，大幅提高工作效率。樣品溶液當(dāng)中氟離子在被堿性淋洗液淋洗之后，可以較為準(zhǔn)確地獲得相應(yīng)測定值。

雖然離子色譜法對于環(huán)境樣品當(dāng)中陰離子的測定具有非常顯著的效果，不過其儀器較為昂貴，而且日常維護和配件更換等費用較高，樣品溶液當(dāng)中所含有的低分子有機酸會影響到氟元素的測定結(jié)果。

3.電極法測定水中氟化物濃度

經(jīng)過上文的分析可以發(fā)現(xiàn)，針對氟化物的各種檢測方法都具有其具體的優(yōu)勢和缺點，在實際應(yīng)用過程中要進行綜合分析。下面以電極法為例，分析水中氟化物的檢測過程。

3.1材料和方法

3.1.1試劑

①離子強度緩沖液。取59g氟化鈉、3.48g檸檬酸三鈉以及57ml冰乙酸，將其溶解在純水中，隨后用氫氧化鈉溶液（濃度為400g/l）調(diào)節(jié)pH至5.0-5.5，并用純水稀釋到1000ml。

②氟化物標(biāo)準(zhǔn)使用液。

3.1.2測定方法

①樣品處理。依據(jù)水樣受到氟化物污染的程度，利用純水對水樣進行稀釋;②在50ml容量的塑料杯當(dāng)中分別吸取氟化物標(biāo)準(zhǔn)使用液0、0.2、0.6、1、2、4、6ml，并分別加入純水到10ml，分別加入離子強度緩沖液10ml。其標(biāo)準(zhǔn)系列濃度是0、0.2、0.6、1、2、4、6mg/l（以氟離子計）;③在50ml塑料杯中加入樣品稀釋液10ml，分別加入離子強度緩沖液10ml;④將磁攪拌子分別放入標(biāo)準(zhǔn)系列溶液與樣品稀釋液當(dāng)中，利用電磁加熱棒進行攪拌，不斷攪拌的過程中讀取平衡電位值（是指電位值的變化低于0.5mV/min的情況）;⑤用標(biāo)準(zhǔn)系列濃度負電位值減去0mg/l情況下的負電位值，記為x，將各標(biāo)準(zhǔn)系列濃度相應(yīng)對數(shù)記為y，隨后計算氟化物直線回歸公式以及直線回歸系數(shù)。用樣品所測得負電位值減標(biāo)準(zhǔn)系列氟標(biāo)準(zhǔn)濃度相應(yīng)負電位值，可以計算得出樣品對數(shù)濃度具體的數(shù)值，隨后再求出反對數(shù)，便可獲得樣品濃度數(shù)值。

3.2實驗結(jié)果

實驗結(jié)果如表一。

3.3討論

3.3.1 ?氟化物標(biāo)準(zhǔn)曲線以及樣品稀釋度的確定

在合理范圍內(nèi)增大氟離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度范圍，同時依據(jù)不同水樣受到氟離子污染程度的區(qū)別，利用純水進行稀釋，從而適應(yīng)環(huán)境當(dāng)中氟離子污染情況的復(fù)雜性。結(jié)果顯示，樣品3與樣品4嚴(yán)重超過氟化物的排放標(biāo)準(zhǔn)3mg/l。

3.3.2 ?標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸系數(shù)

經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的計算與分析，可以發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)系列曲線具有較好的筆直程度，證明所獲得實驗數(shù)據(jù)較為可靠。

3.3.3 ?溫度和斜率

在實際測定過程當(dāng)中，標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品液在溫度上要保持一致。此實驗溫度是27℃，斜率為58，與理論斜率58.2之間相接近，因此所獲得實驗結(jié)果具有較好的準(zhǔn)確性。

3.3.4 ?pH范圍與干擾物質(zhì)消除

為防止氫氧根離子對氟化物測定過程形成干擾，需要加入一定量的離子強度緩沖液，在測試過程中要控制溶液pH于特定數(shù)值。此外，離子緩沖液能夠在一定程度上消除與氟離子所形成絡(luò)合物的鋁離子、鐵離子的干擾。應(yīng)用電極法對氟化物濃度進行測定，可以排除渾濁度與因色度對液體樣品在測定過程中所形成的干擾。

4.結(jié)束語

綜上所述，在國民環(huán)保意識日漸提升的今天，開展環(huán)境監(jiān)測工作具有非常重要的現(xiàn)實意義，能夠為環(huán)保工作指導(dǎo)具體的方向，促進我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。作為一名環(huán)境監(jiān)測工作人員，要在日常工作中積極探索，對國內(nèi)外其他科研人員的先進工作經(jīng)驗加以借鑒，繼而與我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展情況相結(jié)合，創(chuàng)建出一套更加符合我國國情的氟化物監(jiān)測體系，在實現(xiàn)自我價值的同時，為國家環(huán)保事業(yè)的發(fā)展注入源源不斷的活力。

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作者簡介：

努扎艾提·艾比布（1982-），女， 維吾爾族，新疆人，研究生， 副教授，研究方向：水體新型污染的生物、化學(xué)去除研究。