医用基础化学缓冲溶液

医用基础化学缓冲溶液第一页，共三十页，2022年，8月28日§4.1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1，0.10mol·L-1NaCl溶液样品2，含HAc和NaAc均为0.10mol·L-1的混合溶液操作：加入强酸HCl至0.010mol·L-1观察现象：pH的变化第二页，共三十页，2022年，8月28日§4.1缓冲溶液基本概念0.10mol·L-1NaCl溶液加入HCl到0.010mol·L-1溶液的pH由7变为2，改变了5个pH单位。第三页，共三十页，2022年，8月28日§4.1缓冲溶液基本概念0.10mol·L-1

HAc—0.10mol·L-1NaAc溶液加入HCl到0.010mol·L-1溶液的pH由4.75变为4.74，改变仅0.01pH单位。第四页，共三十页，2022年，8月28日§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。第五页，共三十页，2022年，8月28日§4.1缓冲溶液基本概念2.缓冲机制以HAc—Ac-体系为例缓冲溶液存在大量HAc和Ac-

，质子转移平衡当加入少量强酸时,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-

HAc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。第六页，共三十页，2022年，8月28日§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(buffersystem)或缓冲对(bufferpair)。第七页，共三十页，2022年，8月28日§4.1缓冲溶液基本概念常见的缓冲系

第八页，共三十页，2022年，8月28日§4.2缓冲溶液pH的计算§4.2.1Henderson—Hasselbalch方程以HB代表弱酸，并与NaB组成缓冲溶液。第九页，共三十页，2022年，8月28日§4.2缓冲溶液pH的计算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。所以由于c=n/V，所以第十页，共三十页，2022年，8月28日§4.2缓冲溶液pH的计算讨论(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。

第十一页，共三十页，2022年，8月28日§4.2缓冲溶液pH的计算例混合20mL0.10mol·L-1的H3PO4与30mL0.10mol·L-1的NaOH，计算所得缓冲溶液的pH。已知：pKa1=2.16，pKa2=7.21，pKa3=12.32。解第十二页，共三十页，2022年，8月28日§4.3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β作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为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。第十三页，共三十页，2022年，8月28日§4.3缓冲容量§4.3.2影响缓冲容量的因素第十四页，共三十页，2022年，8月28日§4.3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；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。

第十五页，共三十页，2022年，8月28日§4.3缓冲容量缓冲比1∶1时，缓冲容量最大第十六页，共三十页，2022年，8月28日§4.3缓冲容量（2）缓冲范围把缓冲溶液pH=pKa±1变化范围称为缓冲范围。第十七页，共三十页，2022年，8月28日§4.3缓冲容量β与pH的关系（2）0.1mol·L-1HAc+NaOH（3）0.2mol·L-1HAc+NaOH（4）0.05mol·L-1KH2PO4+NaOH（5）0.05mol·L-1H2BO3+NaOH第十八页，共三十页，2022年，8月28日讨论1）在pH=pKa时，缓冲容量达到最大。2）同一缓冲系，总浓度越大，βmax越大。3）不同缓冲系，总浓度相同，βmax相同。4）缓冲容量以βmax为中心呈钟形对称。§4.3缓冲容量第十九页，共三十页，2022年，8月28日§4.3缓冲容量例将0.20mol·L-1HB溶液和0.20mol·L-1B-溶液

以9:1的体积比混合，计算缓冲系的缓冲容量。解：当V(HB):V(B-)=9:1时第二十页，共三十页，2022年，8月28日§4.4缓冲溶液的配制§4.4.1配制方法1.配制原则或程序（1）选择合适的缓冲系：pH在pKa±1缓冲范围内并尽量接近弱酸pKa。缓冲系的物质必须对主反应无干扰。（2）配制的缓冲溶液的总浓度要适当：一般总浓度0.05mol·L-1～0.2mol·L-1。（3）根据Henderson-Hasselbalch方程计算所需量。（4）配制：根据计算量配制（5）校正：在pH计监控下，对所配缓冲液的pH校正。第二十一页，共三十页，2022年，8月28日§4.4缓冲溶液的配制2．配制：（1）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)，则第二十二页，共三十页，2022年，8月28日§4.4缓冲溶液的配制（2）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。第二十三页，共三十页，2022年，8月28日§4.4缓冲溶液的配制§4.4.2常用缓冲溶液1.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稀释能力，用来校准pH计。第二十四页，共三十页，2022年，8月28日§4.4缓冲溶液的配制§4.4.2常用缓冲溶液2.常用缓冲溶液第二十五页，共三十页，2022年，8月28日§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-第二十六页，共三十页，2022年，8月28日§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24mmol·L-1比1.2mmol·L-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，pH＝6.10+lg＝7.40第二十七页，共三十页，2022年，8月28日§4.5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：第二十八页，共三十页，2022年，8月28日§4.5缓冲溶液在医学中的意义当体内酸性物质增加,HCO3-与H3O+结合，平衡左移；体内碱性物质增加时，H3O+结合OH-，H2CO3(CO2溶解)解离，平衡右移，pH没有明显改变。HCO3-在一定程度上可以代表血浆对