第四章 缓冲溶液(Buffer Solution)

第四章缓冲溶液(BufferSolution)第一节

缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用。缓冲作用（bufferaction）能够抵抗少量外来强酸、强碱而保持溶液pH基本不变的溶液，称为缓冲溶液。缓冲溶液（buffersolution）

NaAc→Na++Ac-同离子效应大量大量共轭碱(conjugatebase)抗酸成分(anti-acidcomponent)HAc+H2OH3O++Ac-HAc+H2OH3O++Ac-H3O+

一、缓冲机制大量大量共轭酸（conjugateacid）抗碱成分(anti-basecomponent)

HAc+H2OH3O++Ac-H3O+

HB+H2OB-

+H3O+conjugateacidconjugatebase缓冲作用是在有足量的抗酸成分和抗碱成分存在的缓冲体系中，通过共轭酸碱对之间的质子转移平衡移动来实现的。二、缓冲溶液的组成缓冲溶液是由具有足够浓度、适当比例的共轭酸碱对组成的：共轭酸→抗碱成分共轭碱→抗酸成分缓冲系常用缓冲系

HB+H2OB-+H3O+

（conjugateacid）

(conjugatebase)

NH4Cl——NH3H3PO4——NaH2PO4

NaH2PO4——Na2HPO4Na2HPO4——Na3PO4H2CO3——NaHCO3NaHCO3——Na2CO3

H3BO3——NaH2BO3

HAc——NaAc1、体液中存在多种生理缓冲系，使体液的pH值保持基本稳定。如：血液中存在多种缓冲系H2CO3——HCO3-

H2PO4-——HPO42-血浆蛋白——血浆蛋白盐HHb(血红蛋白)——KHb(血红蛋白盐)H2CO3——HCO3-缓冲溶液在医学上的意义CO2(溶解)+H2OH2CO3H++HCO3-大量conjugateacidanti-basecomponent大量conjugatebaseanti-acidcomponent2、以下情形均需要一定pH值的缓冲溶液：大多数为酶所控制的生化反应微生物的培养组织切片 细胞染色药物调剂、研制等HB+H2OB-+H3O+第二节缓冲溶液pH的计算一、缓冲溶液pH的近似计算公式平衡时其中[HB]≈C（HB），[B-]≈C（B-）讨论1、pka是共轭酸的解离平衡常数的负对数；

C(B-)是缓冲溶液中共轭碱的浓度；C(HB)是缓冲溶液中共轭酸的浓度。2、公式说明：缓冲溶液的pH值主要决定于共轭酸的pka；其次决定于C(B-)/C(HB)(缓冲比)3、缓冲溶液在一定范围内具有抗稀释的性能。4、温度对缓冲溶液的pH有影响。例：在500mL0.200mol·L-1NH3·H2O中，加入4.78gNH4Cl固体，配制1升缓冲溶液，求此缓冲溶液的pH。已知：NH3·H2O的pKb=4.75§4-3缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量(buffercapacity)的定义缓冲容量表现了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。二、影响缓冲容量的因素：说明：缓冲容量取决于缓冲系的总浓度和缓冲比。

其中为缓冲比[HB]+[B-]=c总（总浓度）说明：1、总浓度的影响：对同一缓冲系，缓冲比一定时，总浓度越大，缓冲容量越大。2、缓冲比的影响：对同一缓冲系，总浓度一定时，缓冲比越趋近于1，缓冲容量越大；缓冲比等于1时，缓冲容量最大。三、有效缓冲范围

（buffereffectiverange）pH=pKa-1~pKa+1一般认为,缓冲比在1/10~10/1范围内,缓冲溶液才能有效发挥缓冲作用.（1）HCl

（2）0.1mol·L-1

HAc+NaOH（3）0.2mol·L-1

HAc+NaOH（4）0.05mol·L-1KH2PO4+NaOH（5）0.05mol·L-1H2BO3+NaOH（6）NaOH第四节缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制原则：1、选择合适的缓冲系：使所选缓冲系中共轭酸的pka与所配缓冲溶液的pH值尽量接近。2、保证有足够的总浓度：

0.05~0.20mol·L-1。3、用Henderson-Hasselbalch方程式计算所需缓冲系的量。4、校正。二、缓冲溶液的配制方法：1、选用相同浓度的共轭酸和共轭碱直接混合而得：pH=pKa+lgV（共轭碱）/V（共轭酸)2、在一定量的弱酸溶液中加入适量的强碱，利用剩余的弱酸和反应生成的弱酸强碱盐构成缓冲对。三、计算示例例1：相同浓度的H3PO4和NaOH溶液按2：3的体积比混合后，形成的缓冲对为，该缓冲对可配制pH从到的缓冲溶液，其中的抗酸成分是，抗碱成分是，计算该缓冲溶液pH的公式为6.218.21H2PO4-—HPO42-HPO42-H2PO4-例2用某二元弱酸H2B配制pH=6.00的缓冲溶液，问应在450mlc(H2B)=0.100mol·L-1的溶液中,加入c(NaOH)=0.100mol·L-1的溶液多少毫升？（已知H2B的pka1=1.52，pka2=6.30，设溶液的体积是可以加和的）四、标准缓冲溶液溶液浓度/mol·L-1pH(25oC)温度系数(△pH/oC)KHC4H4O6饱和,25oC3.557-0.001KHC8H4O40.054.008+0.001KH2PO4-Na2HPO40.025,0.0256.865-0.003KH2PO4-Na2HPO40.008695,0.030437.413-0.003（Na2B4O7·10H2O）0.019.180-0.008在生理学和生物化学中，最常用的缓冲系是Tris及Tris-HCl三(羟甲基)甲胺（Tris）

SummaryAsolutionthatcouldwithstandtheeffectofafewadditionalstrongacidorstrongbaseandkeepitspHchangelessiscalledbuffersolution.ⅠThecompositionofabufferUsuallyabufferconsistsoflargenumbersoftwocomponentsofaconjugateacid-basepair.

conjugateacid→anti-basecomponentconjugatebase→anti-acidcomponent

Whensmallamountsofstrongacidareadded，theconjugatebasecanwithstandtheadditionalstrongacidwithoutchangingitspH;

Whensmallamountsofstrongbaseareadded，theconjugateacidcanwithstandtheadditionalstrongbasewithoutchangingitspH.

Ⅱ

HowtocalculatethepHofabufferHenderson-Hasselbalchequation:pKa——the

pKa

oftheconjugateacid

buffercomponentratio

Ⅲ

Buffercapacity

Definition:Thebuffercapacitydependsontheconcentrationofthecomponentsandbuffercomponentratio.Themoreconcentrationthecomponentsofthebuffer,thegreaterthebuffercapacity.Abufferhasthehighestcapacitywhenitscomponentsarepresentinequalconcentration,thatis,when[B-]/[HB]=1.

BuffereffectiverangeisfrompKa-1topKa+1,thatis,pH=pKa-1~pKa+1

Ⅳ

HowtoprepareaBuffer2)Calculatetheratioofbuffercomponent1)Choosethereasonableconjugateacid-basep