3第三章 缓冲溶液.ppt

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1、第三章第三章 缓冲溶液缓冲溶液（Buffer Solution）第一节 缓冲作用第二节 缓冲溶液的pH值第三节 缓冲容量引言 生物体液都有各自相对稳定的pH值。比如血液pH=7.357.45，超过此范围，就会引起酸中毒或碱中毒。而生物体自身代谢一些酸碱物质，如柠檬酸、乳酸等，体外也要引入酸碱物质，但体液pH值并不以这些酸碱性物质的摄入而改变体液的缓冲作用。缓冲作用的意义 1本章所讨论的缓冲作用原理，将直接应用于后续课程如病理生理学中，用于理解和探讨人体生理机制和病理生理变化，尤其是体液的酸碱平衡、水盐代谢等正常状态和失调等原因。2应用于基础医学和临床医学研究中，尤其在生物学、分子生物学、细胞生

2、物学实验中，广泛使用缓冲溶液来维持研究体系的酸碱环境。第一节 缓冲作用一、缓冲作用及缓冲溶液的组成 50mlH2O1滴滴1.0mol/LNaOHpH111滴滴1.0mol/L HClpH3|pH|=41滴滴1.0mol/LNaOHpH4.761滴滴1.0mol/L HClpH4.740.1mol/LHAc0.1mol/LNaAcpH=4.75|pH|=0.01缓冲作用：能抵抗外加少量酸、碱或稀释，而自身的 pH值基本不变的作用。缓冲溶液：具有缓冲作用的溶液。n“少量”、“基本不变”缓冲作用有限度。n 缓冲作用应同时具有抗酸和抗碱的双重作用。缓冲作用（buffer action）缓冲溶液组成 H

3、Ac-NaAc NH4+-NH3 H3PO4-H2PO4-H2PO4-HPO42-HPO42-PO43-质子酸碱理论看：共轭酸碱对缓冲对(buffer pair)或缓冲系(buffer system)弱酸及弱酸盐弱碱及弱碱盐多元酸及其次级盐以下混合物溶液都有缓冲作用：二、缓冲溶液的作用机理 缓冲溶液的基本状况（1）共轭酸和共轭碱的浓度都较大（2）共轭酸碱对之间存在质子转移平衡 HB+H2O=H3O+B-共轭酸 共轭碱n以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与酸作用）少量H+平衡向左移动抗酸成分 抗酸作用n以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与碱作用）：少量OH-平衡向右移动抗碱成分抗碱作用当溶液稍加稀释

4、时，H+虽然降低了，但Ac-同时也降低了，同离子效应减弱，促使HAc离解以补充H+，所以，溶液中H+浓度不会发生明显改变。总之，缓冲溶液具有抗酸、抗碱和抗稀释作用。（1）较大浓度的共轭酸、共轭碱是缓冲作用 的物质基础。（2）共轭酸碱物质之间的质子传递平衡是缓 冲作用的内在动力。结论第二节 缓冲溶液的pH值计算Henderson-Hasselbalch （亨德森-哈塞尔巴赫）方程一.亨德森-哈塞尔巴赫方程HBH2O H3O+B-Henderson-Hasselbalch方程的意义提供了计算缓冲溶液pH值的工具。式中Ka为缓冲系中共轭酸的酸常数。B-、HB是平衡浓度，但因CHB、CB-都较大，B-

5、对HB的同离子效应，使CHB HB，CB-B-，具体计算时平衡浓度可近似用配制浓度代替。计算时注意：(1)(2)(3)例题100mL0.1mol/LHCl与400mL0.1mol/LNH3H2O混合，求混合后溶液的pH值。解:阐述了影响缓冲溶液pH值的因素:vKa(缓冲系本性)Ka与温度有关，缓冲液的pH值也与温度有关。vC(B-)/C(HB)(缓冲比)Ka一定时，缓冲液的pH值决定于缓冲比。因此，对一具体的缓冲系，可通过改变缓冲比来调整其pH值。从方程可反应出，当少量强酸或强碱加入时，由于Ka不变，而缓冲比改变较小，其pH值基本不变。v缓冲溶液有限稀释时，Ka与缓冲比均不变，pH不变，即缓冲

6、溶液也有抗稀释的作用。Henderson-Hasselbalch方程的意义对溶液稀释过程pH变化的控制Plots of pH vs.mL of water added to(a)0.500 mL of 0.100 mol/L HCl and(b)0.500 mL of a solution 0.100 mol/L in both HAc and NaAc.HClNaAc-HAc第三节 缓冲容量（buffer capacity）一、缓冲容量（）的定义OH-pHH+pH使单位体积（1升或1毫升）缓冲溶液的pH值改变1个pH单位时，所需外加一元强酸或一元强碱的物质的量(mol)。利用上式可以推导出缓

7、冲容量的计算公式：缓冲容量是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变化时，缓冲容量也发生变化。例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中加入酸或碱时。二、影响的因素1.缓冲溶液总浓度C总（CHB+CB-）：当缓冲比一定时，C总越大，抗酸抗碱成分越多，缓冲作用越强。2.缓冲比CB-/CHB：C总一定时，缓冲比越接近于1缓冲作用越强。CB-/CHB=1时(pH=pKa)有最大缓冲能力。max=0.576c总缓冲比在0.110 范围内，缓冲溶液才能发挥缓冲作用。此时的pH范围称为有效缓冲范围。对于具体的缓冲系，通过调整缓冲比来调节其pH值只能在其有效缓冲范围内调节！4.若要求精确配制时，可用pH计或精密p

8、H试 纸对所配制缓冲溶液的 pH进行校正。3.选定缓冲对后，计算出所需共轭酸、碱的量。2.缓冲溶液的总浓度要适当，一般在0.050.2molL-1 之间。选择原则：1.选择合适的缓冲对，使所配制的缓冲溶 液 的 pH在 所 选 择 的 缓 冲 对 的 缓 冲 范 围（pKa1）内，且尽量接近弱酸的pKa，以使缓冲溶液具有较大的缓冲容量。三、缓冲溶液的选择与配制例：用浓度均为 0.10 molL-1的弱酸和其共轭碱溶液配制 100 mL pH 为 5.00 的缓冲溶液。解：所选的缓冲对中弱酸的pKa应在 46 间，pKa,HAc=4.74，因此可选择HAc-NaAc缓冲对。若需0.10molL-

9、1HAc 溶液的体积为V(HAc)，则需0.10molL-1NaAc溶液的体积为100mL-V(HAc)。所需 NaAc 溶液的体积为：V(HAc)=35.5mL V(NaAc)=100-35.5=64.5mL1、选择合适的缓冲系。缓冲溶液实用而简捷的配制办法2、配制浓度等于所需缓冲液总浓度的共轭酸或共轭碱溶液。3、将pH计电极插入上述溶液中，滴加强碱或强酸溶液至其pH值达到所需数值。配制注意事项所选择的缓冲对不能与反应物质作用，不得干扰样品相继步骤的反应。药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等。所用试剂必须使用二级以上纯度的试剂。一级：优级纯G.R（绿色标签）二级：分析纯A.R（红色标签）三级：

10、化学纯C.P（蓝色标签）四级：实验试剂L.R（黄色标签）实验用水选用新鲜蒸馏水。pH大于6的缓冲溶液应用无CO2的水配制，并在储存期间防止CO2的侵入。贮藏在抗腐蚀的玻璃或聚乙烯塑料瓶中。保存期一般为23月，如出现浑浊、霉变、沉淀等变质现象应停止使用。四.缓冲溶液在医学上的意义血液中的缓冲系磷酸盐：H2PO4-HPO42-碳酸盐：H2CO3-HCO3-(1.35mmolL-127 mmolL-1)pH=6.10+lg20=7.40Na-蛋白质-H-蛋白质人血液(37)正常pH 为7.35-7.45。每人每天耗O2600L，产生CO2酸量约合2L浓HCl，除呼出CO2及肾排酸外，归功于血液的缓冲

11、作用。血浆中：KHCO3-H2CO3 K2HPO4-KH2PO4K-血红蛋白-H-血红蛋白K-氧合血红蛋白-H-氧合血红蛋白 红细胞液中：碳酸氢盐缓冲对在血液中的浓度最高，缓冲能力最大，维持血液正常的功能也最为重要。碳酸在血液中主要以溶解的CO2形式存在，在血液中存在如下平衡：当HCO3-CO2发生缓冲作用时，肺部和肾脏的调节也在起着作用。当体内物质代谢不断生成二氧化碳、硫酸、磷酸、乳酸、乙酰乙酸等酸性物质时，HCO3-与H3O+离子结合生成CO2，平衡左移，H2CO3浓度增大，而HCO3-浓度降低。此时可通过加快肺部呼吸吐出CO2，或通过血浆蛋白质缓冲对和磷酸氢盐缓冲对与其作用，而使CO2 浓度降低；同时肾还可以减少对HCO3-的排泄而使之得到补偿，以此来恒定血浆的pH 为7.40。同理，当体内碱性物质增多并进入血浆时，平衡正向移动，H2CO3浓度降低，而HCO3-浓度增大，此时则由肺部控制对CO2的呼出，以及由肾脏加速对HCO3-的排泄，保持血浆的pH 恒定。