氟離子選擇電極測定牙膏中氟的含量

＊王滔 詹婧嫻

（湖北大學(xué)知行學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院 湖北 430000）

1.前言

牙膏是人們經(jīng)常用來清潔和保護牙齒的一種日?；瘖y品，牙膏中含有一定量的含氟化合物。氟元素是人和動物身體必須的一種微量元素，在機體的主要功能為健齒，人體的骨骼和牙齒中氟含量占到身體總量的95%。缺氟，易患齲齒病。但氟檢測意義，在于過多造成的毒害，牙膏中含有氟的適宜濃度為0.5～1.0mg/L（F-），當(dāng)長期使用含氟量高于1.5mg/L的牙膏時，則易患斑齒病，如牙膏中氟含量超過4mg/L時，則可導(dǎo)致氟骨病。

骨骼和牙齒的堅固是因為氟，WHO一直向大眾推薦使用含氟牙膏來預(yù)防齲齒。目前，國內(nèi)大眾已經(jīng)普遍的接受使用含氟牙膏，不少制作商也以“含氟”作為賣點。其實，在不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境中，氟的含量本身就有差異性，所以含氟牙膏并不是人人都適用。雖然氟化物確實有毒，對大氣會造成一定的傷害，但是只要控制它的使用量。通過一系列實驗來確定氟加入量的安全范圍，就能確保含氟牙膏的安全性和有效性。因此不能盲目的否定含氟牙膏，也不能依賴過度。氟對人體健康的影響關(guān)鍵在于氟的攝入量，氟的攝入適量對人體健康會產(chǎn)生有益的作用，相反攝入量不足或過多均對人體健康不利。

以氟離子選擇電極為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，可測定溶液中氟離子的含量。工作電池的電動勢E，在一定條件下與氟離子活度aF-的對數(shù)值呈直線關(guān)系，測量時，若指示電極為正極，則：

E=K-0.0592lgaF-

當(dāng)溶液的總離子強度不變時，上式可改寫為：

E=K-0.0592lgcF-

因此在一定條件下電池電動勢與試液中的氟離子濃度的對數(shù)呈線性關(guān)系，可用標(biāo)準(zhǔn)曲線法或標(biāo)準(zhǔn)加入法進行測定。溫度，溶液pH，離子強度以及共存離子均會影響測定的氟離子濃度，向標(biāo)準(zhǔn)溶液中和待測溶液中加入TISAB，以使溶液重離子平衡活度系數(shù)保持定值，并控制溶液的pH，以及消除共存離子的干擾。

2.實驗部分

(1)試劑和儀器

1.000×10-1mol/LF-標(biāo)準(zhǔn)貯備液：準(zhǔn)確稱取NaF（烘1h）4.199g溶于1000ml容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻線，搖勻貯于塑料瓶中待用。

總離子強度調(diào)節(jié)緩沖溶液TISAB：稱取氯化鈉58g，檸檬酸鈉10g溶于800mL蒸餾水中，再加冰醋酸57mL，用6mol/LNaOH溶液調(diào)至pH5.0～5.5之間，然后稀釋至1000mL。

市場上常見牙膏若干。

儀器：821型數(shù)字式離子計；飽和甘汞電極；電磁攪拌器；磁力棒；塑料燒杯若干；濾紙。

電子天平（感量0.0001g）。

(2)實驗方法與步驟

①氟電極的準(zhǔn)備

氟電極在使用前，宜在10-3mol/L的NaF溶液中浸泡活化1～2h，然后用蒸餾水清洗電極數(shù)次，直至測得的電位值約為360mV（比值各支電極不同）。

②飽和甘汞電極的準(zhǔn)備

取下電極下端和上側(cè)小膠帽，檢查飽和甘汞電極內(nèi)液位，晶體，氣泡及微孔芯滲透情況并作適當(dāng)處理后，用蒸餾水清洗電極外部，并用濾紙吸干外壁水分后，將電極置電極夾上。

③儀器的準(zhǔn)備和電極的安裝

按儀器說明書，接通電源，預(yù)熱20min，接入飽和甘汞電極和氟離子選擇性電極。

④繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

在5只100容量瓶中，用1.000×10-1mol/L的F-標(biāo)準(zhǔn)貯備液分別配制內(nèi)含10ml TISAB的1.000×10-2～10-6mol/L F-標(biāo)準(zhǔn)溶液。

將適量的所配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液分別倒入5只潔凈的塑料杯中，插入氟離子選擇性電極和飽和甘汞電極，放入攪拌子。啟動攪拌器，在攪拌條件下，由稀至濃分別測量標(biāo)準(zhǔn)溶液的電位值。

表1

圖1 氟離子選擇性電極的響應(yīng)曲線

(3)實驗內(nèi)容

①準(zhǔn)確稱取牙膏。先將10種牙膏置于實驗臺上，每個牙膏前放置一個塑料杯，塑料杯上標(biāo)記牙膏名稱。

將燒杯放置在電子秤上，去零，準(zhǔn)確稱取2.0000g牙膏。

②測量。倒入適量蒸餾水，用玻棒攪勻，轉(zhuǎn)入100mL容量瓶中待測。插入電極，開啟攪拌器，攪拌20min，待讀數(shù)穩(wěn)定后，停止攪拌，讀數(shù)，記錄。

(4)注意事項

電極使用前應(yīng)在純水中浸泡數(shù)小時或過夜，達到電極活化的作用效果。每次測定前要用待測液清洗指示電極，燒杯及攪拌子。電位平衡時間，隨氟離子濃度的降低而延長。最后顯示電位平衡在2min不變，即可讀數(shù)。因氟能被玻璃吸收，標(biāo)準(zhǔn)溶液必須保存在塑料瓶中。測定過程中攪拌溶液的速度應(yīng)恒定，讀數(shù)時應(yīng)停止攪拌。

3.結(jié)果

根據(jù)公式，求出試樣中F-的濃度（y=-55.8x-51）。

表2 10種牙膏所測出的電位值

經(jīng)檢測，4種含氟牙膏的氟含量完全符合強制性國家標(biāo)準(zhǔn)《牙膏》GB8372-2001規(guī)定的0.04%～0.15%（相當(dāng)于400ppm～1500ppm）的含量要求，可以放心使用，其中含量最高的濃度為1.21×10-3mol/L，最低的為8.98×10-5mol/L。其余6種氟含量不到標(biāo)準(zhǔn)含量，新國標(biāo)在許多方面都做了增加和調(diào)整：首次將二甘醇和三氯生等物質(zhì)列入原料規(guī)范中并明確限量值，規(guī)定成人含氟牙膏的氟含量為0.05%到0.15%。

據(jù)了解，氟對預(yù)防齲齒的作用在國際上是公認的，但氟加多了也會對人體產(chǎn)生副作用。國際上較為認同的標(biāo)準(zhǔn)是牙膏中氟含量在0.04%至0.15%間較為合適。