氟离子选择电极测定牙膏中氟的含量

＊王滔 詹婧娴

（湖北大学知行学院生物与化学工程学院 湖北 430000）

1.前言

牙膏是人们经常用来清洁和保护牙齿的一种日常化妆品，牙膏中含有一定量的含氟化合物。氟元素是人和动物身体必须的一种微量元素，在机体的主要功能为健齿，人体的骨骼和牙齿中氟含量占到身体总量的95%。缺氟，易患龋齿病。但氟检测意义，在于过多造成的毒害，牙膏中含有氟的适宜浓度为0.5～1.0mg/L（F-），当长期使用含氟量高于1.5mg/L的牙膏时，则易患斑齿病，如牙膏中氟含量超过4mg/L时，则可导致氟骨病。

骨骼和牙齿的坚固是因为氟，WHO一直向大众推荐使用含氟牙膏来预防龋齿。目前，国内大众已经普遍的接受使用含氟牙膏，不少制作商也以“含氟”作为卖点。其实，在不同地区的生态环境中，氟的含量本身就有差异性，所以含氟牙膏并不是人人都适用。虽然氟化物确实有毒，对大气会造成一定的伤害，但是只要控制它的使用量。通过一系列实验来确定氟加入量的安全范围，就能确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，也不能依赖过度。氟对人体健康的影响关键在于氟的摄入量，氟的摄入适量对人体健康会产生有益的作用，相反摄入量不足或过多均对人体健康不利。

以氟离子选择电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，可测定溶液中氟离子的含量。工作电池的电动势E，在一定条件下与氟离子活度aF-的对数值呈直线关系，测量时，若指示电极为正极，则：

E=K-0.0592lgaF-

当溶液的总离子强度不变时，上式可改写为：

E=K-0.0592lgcF-

因此在一定条件下电池电动势与试液中的氟离子浓度的对数呈线性关系，可用标准曲线法或标准加入法进行测定。温度，溶液pH，离子强度以及共存离子均会影响测定的氟离子浓度，向标准溶液中和待测溶液中加入TISAB，以使溶液重离子平衡活度系数保持定值，并控制溶液的pH，以及消除共存离子的干扰。

2.实验部分

(1)试剂和仪器

1.000×10-1mol/LF-标准贮备液：准确称取NaF（烘1h）4.199g溶于1000ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻线，摇匀贮于塑料瓶中待用。

总离子强度调节缓冲溶液TISAB：称取氯化钠58g，柠檬酸钠10g溶于800mL蒸馏水中，再加冰醋酸57mL，用6mol/LNaOH溶液调至pH5.0～5.5之间，然后稀释至1000mL。

市场上常见牙膏若干。

仪器：821型数字式离子计；饱和甘汞电极；电磁搅拌器；磁力棒；塑料烧杯若干；滤纸。

电子天平（感量0.0001g）。

(2)实验方法与步骤

①氟电极的准备

氟电极在使用前，宜在10-3mol/L的NaF溶液中浸泡活化1～2h，然后用蒸馏水清洗电极数次，直至测得的电位值约为360mV（比值各支电极不同）。

②饱和甘汞电极的准备

取下电极下端和上侧小胶帽，检查饱和甘汞电极内液位，晶体，气泡及微孔芯渗透情况并作适当处理后，用蒸馏水清洗电极外部，并用滤纸吸干外壁水分后，将电极置电极夹上。

③仪器的准备和电极的安装

按仪器说明书，接通电源，预热20min，接入饱和甘汞电极和氟离子选择性电极。

④绘制标准曲线

在5只100容量瓶中，用1.000×10-1mol/L的F-标准贮备液分别配制内含10ml TISAB的1.000×10-2～10-6mol/L F-标准溶液。

将适量的所配制的标准溶液分别倒入5只洁净的塑料杯中，插入氟离子选择性电极和饱和甘汞电极，放入搅拌子。启动搅拌器，在搅拌条件下，由稀至浓分别测量标准溶液的电位值。

表1

图1 氟离子选择性电极的响应曲线

(3)实验内容

①准确称取牙膏。先将10种牙膏置于实验台上，每个牙膏前放置一个塑料杯，塑料杯上标记牙膏名称。

将烧杯放置在电子秤上，去零，准确称取2.0000g牙膏。

②测量。倒入适量蒸馏水，用玻棒搅匀，转入100mL容量瓶中待测。插入电极，开启搅拌器，搅拌20min，待读数稳定后，停止搅拌，读数，记录。

(4)注意事项

电极使用前应在纯水中浸泡数小时或过夜，达到电极活化的作用效果。每次测定前要用待测液清洗指示电极，烧杯及搅拌子。电位平衡时间，随氟离子浓度的降低而延长。最后显示电位平衡在2min不变，即可读数。因氟能被玻璃吸收，标准溶液必须保存在塑料瓶中。测定过程中搅拌溶液的速度应恒定，读数时应停止搅拌。

3.结果

根据公式，求出试样中F-的浓度（y=-55.8x-51）。

表2 10种牙膏所测出的电位值

经检测，4种含氟牙膏的氟含量完全符合强制性国家标准《牙膏》GB8372-2001规定的0.04%～0.15%（相当于400ppm～1500ppm）的含量要求，可以放心使用，其中含量最高的浓度为1.21×10-3mol/L，最低的为8.98×10-5mol/L。其余6种氟含量不到标准含量，新国标在许多方面都做了增加和调整：首次将二甘醇和三氯生等物质列入原料规范中并明确限量值，规定成人含氟牙膏的氟含量为0.05%到0.15%。

据了解，氟对预防龋齿的作用在国际上是公认的，但氟加多了也会对人体产生副作用。国际上较为认同的标准是牙膏中氟含量在0.04%至0.15%间较为合适。