医用基础化学4缓冲溶液

1、第4章 缓冲溶液buffer solution4.1 缓冲溶液基本概念4.1.1 缓冲溶液及其作用原理实验 样品1，0.10 moll-1 nacl溶液样品2，含 hac 和 naac 均为0.10 moll-1的 混合溶液操作：加入强酸 hcl 至 0.010 moll-1观察现象：ph的变化4.1 缓冲溶液基本概念0.10 moll-1 nacl溶液加入hcl到0.010 moll-1溶液的ph由7变为2，改变了5个ph单位。4.1 缓冲溶液基本概念0.10 moll-1 hac 0.10 moll-1 naac溶液加入hcl到0.010 moll-1溶液的ph由4.75变为4.74，改变

2、仅0.01ph单位。4.1 缓冲溶液基本概念1. 缓冲溶液定义能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其ph基本不变的溶液。缓冲作用缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。4.1 缓冲溶液基本概念2. 缓冲机制 以hacac-体系为例缓冲溶液存在大量hac和ac- ，质子转移平衡hac + h2oh3o+ + ac-n当加入少量强酸时, ac-消耗掉外来的h+离子，直到建立起新平衡，而溶液的ph保持基本不变。h+ + ac- hacn当加入少量强碱时, hac解离直到建立新平衡，补充消耗的h3o+离子,而溶液ph保持基本不变。oh- + h3o+ 2h2o共轭碱称为抗酸成分，共轭酸称为抗碱成分

3、。4.1 缓冲溶液基本概念4.1.2 缓冲溶液的组成由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。4.1 缓冲溶液基本概念常见的缓冲系 质子转移平衡hac+h2o ac-+h3o+h2co3+ h2o hco3-+h3o+h3po4+h2o h2po4-+h3o+trish+h2o tris+h3o+h2c8h4o4+h2o hc8h4o4-+h3o+nh4+h2o nh3+h3o+ch3nh3+h2o ch3nh2+h3o+h2po4-+h2o hpo42-+h3o+hpo42-+h2o

4、po43-+h3o+缓冲系hac-naach2co3-nahco3h3po4-nah2po4trishcl -trish2c8h4o4- khc8h4o4nh4cl - nh3ch3nh3+cl - ch3nh2nah2po4- na2hpo4na2hpo4- na3po4质子转移平衡hac+h2o ac-+h3o+h2co3+ h2o hco3-+h3o+h3po4+h2o h2po4-+h3o+trish+h2o tris+h3o+h2c8h4o4+h2o hc8h4o4-+h3o+nh4+h2o nh3+h3o+ch3nh3+h2o ch3nh2+h3o+h2po4-+h2o hpo42

5、-+h3o+hpo42-+h2o po43-+h3o+缓冲系hac-naach2co3-nahco3h3po4-nah2po4trishcl -trish2c8h4o4- khc8h4o4nh4cl - nh3ch3nh3+cl - ch3nh2nah2po4- na2hpo4na2hpo4- na3po44.2 缓冲溶液ph的计算 4.2.1 hendersonhasselbalch方程以hb代表弱酸，并与nab组成缓冲溶液。hb + h2oh3o+ + b-hbblg p ph , hbboh -a-3akk整理得等式两边各取负对数，4.2 缓冲溶液ph的计算hb)blg p ph-a(c

6、ck hb在溶液中只少部分解离，且因b-的同离子效应，使hb几乎完全以分子状态存在。所以hb)blg p ph )hb)/)/blg p hb)blg p ph-a-a-a(nnkvnvnkcck溶液溶液 由于 c = n/ v，所以4.2 缓冲溶液ph的计算讨论hbblg p ph-a k(1)缓冲溶液的ph首先取决于pka。(2)对于给定的缓冲系，其ph随着缓冲比b-/hb的改变而改变。当缓冲比等于l时，ph等于pka。(3)溶液加水稀释时，缓冲比基本不变，所以ph基本不变。但稀释会引起溶液离子强度改变，使hb和b-的活度因子受到不同程度的影响，缓冲溶液的ph会有微小的改变。 4.2 缓冲

7、溶液ph的计算例 混合 20 ml 0.10 moll-1 的 h3po4与 30 ml 0.10 moll-1 的 naoh，计算所得缓冲溶液的ph。 已知：pka1=2.16， pka2=7.21， pka3=12.32。解h3po4 + naohnah2po4 + h2o反应前 200.10mmol 300.10mmol反应后2.0mmol1.0mmolnah2po4 + naohna2hpo4 + h2o反应前 2.0mmol1.0mmol反应后1.0mmol1.0mmol7.21 1.0mmol1.0mmollg7.21 )po(h)(hpolg p ph42-24a2nnk4.3

8、缓冲容量4.3.1 缓冲容量 缓冲溶液的缓冲能力有一定限度。用缓冲容量作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为a(b)a(b)phphdefdnnv dv单位体积缓冲溶液的ph发生一定变化时所能抵抗的外加一元强酸或强碱的物质的量。4.3 缓冲容量4.3.2 影响缓冲容量的因素 bhbbhbbbhbhb303. 2总c/ hbb303. 2总总cchbbbhb21303. 21bhb1hbb11303. 24.3 缓冲容量1. 总浓度c总hb+b-的影响：对于同一缓冲系，当缓冲比一定时，总浓度愈大，缓冲容量愈大。 2. 缓冲比的影响: （1）对于同一缓冲系：当总浓度一定时，缓冲比愈接近1，缓冲容量愈大

9、；缓冲比愈远离1，缓冲容量愈小。缓冲比等于1时，缓冲系有最大缓冲容量。 4.3 缓冲容量缓冲比1 1时，缓冲容量最大总总cc 576. 0) 112(1303. 2max总chbbbhb21303. 24.3 缓冲容量（2）缓冲范围1pph pph 1-pph :ph110 11 101 aaamaxkkk缓冲比：减小减小把缓冲溶液ph=pka1变化范围称为缓冲范围。4.3 缓冲容量与与ph的关系的关系（2）0.1 moll-1 hac+naoh（3）0.2 moll-1 hac+naoh（4）0.05 moll-1 kh2po4+naoh（5）0.05 moll-1 h2bo3+naoh讨论

10、1）在ph=pka时，缓冲容量达到最大。2）同一缓冲系，总浓度越大， max越大。3）不同缓冲系，总浓度相同，max相同。4）缓冲容量以max为中心呈钟形对称。4.3 缓冲容量4.3 缓冲容量例例 将0.20moll-1hb溶液和0.20moll-1 b-溶液 以9:1的体积比混合，计算缓冲系的缓冲容量。解：解： 当v(hb):v(b-)=9:1时-1-1-1-0.20mol l(hb)0.20mol l9ml(hb)=0.18mol l(hb )(b )9ml 1mlvcvv-1-1-1-0.20mol l(b )0.20mol l1ml(b )= 0.020mol l(hb )(b )9m

11、l 1mlvcvv11111lmol041. 0lmol020. 0lmol18. 0lmol020. 0lmol18. 0303. 24.4 缓冲溶液的配制4.4.1 4.4.1 配制方法配制方法1. 1. 配制原则或程序配制原则或程序（1 1）选择合适的缓冲系：）选择合适的缓冲系： phph在在p pk ka a1 1缓冲范围内并尽量接近弱酸缓冲范围内并尽量接近弱酸p pk ka a。 缓冲系的物质必须对主反应无干扰。缓冲系的物质必须对主反应无干扰。（2 2）配制的缓冲溶液的总浓度要适当：）配制的缓冲溶液的总浓度要适当：一般总浓度一般总浓度0.05moll0.05moll-1-10.2mo

12、ll0.2moll-1-1。（3 3）根据）根据henderson-hasselbalchhenderson-hasselbalch方程计算所需量。方程计算所需量。（4 4）配制：根据计算量配制）配制：根据计算量配制（5 5）校正：在）校正：在phph计监控下，对所配缓冲液的计监控下，对所配缓冲液的phph校正。校正。4.4 缓冲溶液的配制2 2配制：配制：（1 1）用同浓度弱酸及共轭碱配制。）用同浓度弱酸及共轭碱配制。根据 n = cv，若混合前储备液的 c(b-) = c(hb)配制缓冲液时,所取体积分别为v(b-)、 v(hb)，则hb)()b(lg p ph hb)(hb)()b()b

13、(lg p hb)()b(lg p ph-a-a-avvkvcvcknnk4.4 缓冲溶液的配制（2 2）用酸碱反应生成物与剩余反应物配制。）用酸碱反应生成物与剩余反应物配制。在实际应用中，还采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系。弱酸（过量）+ 强碱弱碱（过量） +强酸优点：hcl 和 naoh 溶液常备试剂，容易获得。通常缓冲溶液的ph需要在ph计监控下调整，滴加强碱/酸易于操作。4.4 缓冲溶液的配制4.4.2 常用缓冲溶液常用缓冲溶液1. 标准缓冲溶液标准缓冲溶液标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力，用来校准稀释能力，用来校

14、准phph计。计。4.4 缓冲溶液的配制4.4.2 常用缓冲溶液常用缓冲溶液2. 常用常用缓冲溶液缓冲溶液4.5 缓冲溶液在医学中的意义 血浆中：h2co3-hco3-h2po4-hpo42-hnp-hn-1p- 红细胞中：h2b-hb-(血红蛋白)h2bo2-hbo2-(氧合血红蛋白)h2co3-hco3-h2po4-hpo42-4.5 缓冲溶液在医学中的意义 正常情况下，hco3-与co2溶解的比率为24mmoll-1比1.2mmoll-1，即20/1。37时，若血浆中离子强度为0.16，经校正后， pka=pka1 =6.10， ph6.10 + lg 7.40)hb()b(lg11lmol0012. 0lmol024. 04.5 缓冲溶液在医学中的意义 在这些缓冲系中，碳酸缓冲系h2co3-hco3-的浓度最高，在维持血液ph的正常范围中发挥的作用最重要。 碳酸缓冲系来源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳酸，与其离解产生的碳酸氢根离子，以及血液中贮存的碳酸氢根离子达成平衡：4.5 缓冲溶液在医学中的意义 当体内酸性物