3第三章緩沖溶液

1、第三章第三章 緩沖溶液緩沖溶液（buffer solution）第一節(jié) 緩沖作用第二節(jié) 緩沖溶液的ph值第三節(jié) 緩沖容量引言 生物體液都有各自相對穩(wěn)定的ph值。比如血液ph=7.357.45，超過此范圍，就會引起酸中毒或堿中毒。而生物體自身代謝一些酸堿物質(zhì)，如檸檬酸、乳酸等，體外也要引入酸堿物質(zhì)，但體液ph值并不以這些酸堿性物質(zhì)的攝入而改變體液的緩沖作用。緩沖作用的意義 1本章所討論的緩沖作用原理，將直接應(yīng)用于后續(xù)課程如病理生理學(xué)中，用于理解和探討人體生理機制和病理生理變化，尤其是體液的酸堿平衡、水鹽代謝等正常狀態(tài)和失調(diào)等原因。 2應(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)研究中，尤其在生物學(xué)、分子生物學(xué)、細胞

2、生物學(xué)實驗中，廣泛使用緩沖溶液來維持研究體系的酸堿環(huán)境。第一節(jié) 緩沖作用一、緩沖作用及緩沖溶液的組成 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緩沖作用：能抵抗外加少量酸、堿或稀釋，而自身的 ph值基本不變的作用。緩沖溶液：具有緩沖作用的溶液。n “少量”、“基本不變” 緩沖作用有限度。n 緩沖作用應(yīng)同時具有抗酸和抗堿的雙重作用。緩沖作用（buffer action）緩沖溶液組

3、成 hac-naac nh4+-nh3 h3po4- h2po4- h2po4-hpo42- hpo42-po43-質(zhì)子酸堿理論看：共軛酸堿對緩沖對(buffer pair)或緩沖系(buffer system)弱酸及弱酸鹽弱堿及弱堿鹽多元酸及其次級鹽以下混合物溶液都有緩沖作用：二、緩沖溶液的作用機理 緩沖溶液的基本狀況（1）共軛酸和共軛堿的濃度都較大（2）共軛酸堿對之間存在質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡 hb + h2o = h3o+ + b-共軛酸共軛堿n以hac-naac緩沖溶液為例（與酸作用）hac + h2oh3o+ + ac- naac na+ + ac- 少量h+平衡向左移動抗酸成分 抗酸作用n以

4、hac-naac緩沖溶液為例（與堿作用）：hac + h2oh3o+ + ac- naac na+ + ac- 少量oh-平衡向右移動抗堿成分抗堿作用當(dāng)溶液稍加稀釋時，h+雖然降低了，但ac-同時也降低了，同離子效應(yīng)減弱，促使hac離解以補充h+，所以，溶液中h+濃度不會發(fā)生明顯改變?？傊?，緩沖溶液具有抗酸、抗堿和抗稀釋作用。（1）較大濃度的共軛酸、共軛堿是緩沖作用 的物質(zhì)基礎(chǔ)。（2）共軛酸堿物質(zhì)之間的質(zhì)子傳遞平衡是緩 沖作用的內(nèi)在動力。結(jié)論第二節(jié) 緩沖溶液的ph值計算hbboh=k+3ahbblgpkphabhbk=oh-a+3henderson-hasselbalch （亨德森-哈塞爾巴赫

5、）方程一.亨德森-哈塞爾巴赫方程hbh2o h3o+b-henderson-hasselbalch方程的意義提供了計算緩沖溶液ph值的工具。式中ka為緩沖系中共軛酸的酸常數(shù)。b-、hb是平衡濃度，但因chb、cb-都較大， b-對hb的同離子效應(yīng)，使chb hb， cb-b-，具體計算時平衡濃度可近似用配制濃度代替。計算時注意：(1)hbblgpkpha(2)hb( c)b( clgpkpha(3)hb( n)b( nlgpkpha例題100ml0.1mol/lhcl與400ml0.1mol/lnh3h2o混合，求混合后溶液的ph值。44145,10144.759.251.75 10a nha

6、 nhkpk，解:73. 9=500/1001 . 0500/ )1001 . 04001 . 0(lg+25. 9=nhnhlg+pk=ph+43a闡述了影響緩沖溶液ph值的因素:vka(緩沖系本性) ka與溫度有關(guān)，緩沖液的ph值也與溫度有關(guān)。vc(b-)/c(hb)(緩沖比) ka一定時，緩沖液的ph值決定于緩沖比。因此，對一具體的緩沖系，可通過改變緩沖比來調(diào)整其ph值。從方程可反應(yīng)出，當(dāng)少量強酸或強堿加入時，由于ka不變，而緩沖比改變較小，其ph值基本不變。v緩沖溶液有限稀釋時， ka與緩沖比均不變，ph不變，即緩沖溶液也有抗稀釋的作用。henderson-hasselbalch方程的

7、意義對溶液稀釋過程ph變化的控制 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 ml of water ph a) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 ml of water ph b) 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第三節(jié) 緩沖容量（buffer capacity）一、緩沖容量（）的定義d

8、phddphdabbhhboh-phbhhbh+ph使單位體積（1升或1毫升）緩沖溶液的ph值改變1個ph單位時，所需外加一元強酸或一元強堿的物質(zhì)的量(mol)。利用上式可以推導(dǎo)出緩沖容量的計算公式：總總cbhb303.2 緩沖容量是溶液的一個狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)溶液的狀態(tài)發(fā)生變化時，緩沖容量也發(fā)生變化。例如，當(dāng)緩沖溶液被稀釋時；往緩沖溶液中加入酸或堿時。二、影響的因素1.緩沖溶液總濃度c總（chb+cb-）：當(dāng)緩沖比一定時，c總越大，抗酸抗堿成分越多，緩沖作用越強。2.緩沖比cb-/chb： c總一定時，緩沖比越接近于1緩沖作用越強。cb-/chb=1時(ph=pka)有最大緩沖能力。max=0.5

9、76c總緩沖比在0.110 范圍內(nèi)，緩沖溶液才能發(fā)揮緩沖作用。此時的ph范圍稱為有效緩沖范圍。對于具體的緩沖系，通過調(diào)整緩沖比來調(diào)節(jié)其ph值只能在其有效緩沖范圍內(nèi)調(diào)節(jié)！1pk=pha4.若要求精確配制時，可用ph計或精密ph試 紙對所配制緩沖溶液的 ph進行校正。3.選定緩沖對后，計算出所需共軛酸、堿的量。2. 緩沖溶液的總濃度要適當(dāng)，一般在0.050.2moll-1 之間。選擇原則：1.選擇合適的緩沖對，使所配制的緩沖溶 液 的 p h 在 所 選 擇 的 緩 沖 對 的 緩 沖 范 圍（pka1）內(nèi)，且盡量接近弱酸的pka，以使緩沖溶液具有較大的緩沖容量。三、緩沖溶液的選擇與配制例：用濃度

10、均為 0.10 moll-1的弱酸和其共軛堿溶液配制 100 ml ph 為 5.00 的緩沖溶液。解：所選的緩沖對中弱酸的pka應(yīng)在 46 間，pka,hac =4.74 ，因此可選擇hac-naac緩沖對。若需0.10moll-1hac 溶液的體積為v(hac)，則需0.10moll-1naac溶液的體積為100ml-v(hac)。)c(acc(hac)lg)hac(pk=pha)v(acv(hac)lg)hac(pk=a5(hac)5.00lg1.8 10lg100ml(hac)vv 所需 naac 溶液的體積為：v(hac)=35.5ml v(naac)=100-35.5=64.5ml

11、1、選擇合適的緩沖系。緩沖溶液實用而簡捷的配制辦法2、配制濃度等于所需緩沖液總濃度的共軛酸或共軛堿溶液。3、將ph計電極插入上述溶液中，滴加強堿或強酸溶液至其ph值達到所需數(shù)值。配制注意事項所選擇的緩沖對不能與反應(yīng)物質(zhì)作用，不得干擾樣品相繼步驟的反應(yīng)。藥用緩沖溶液還必須考慮是否有毒性等。所用試劑必須使用二級以上純度的試劑。 一級：優(yōu)級純g.r（綠色標(biāo)簽） 二級：分析純a.r（紅色標(biāo)簽） 三級：化學(xué)純c.p（藍色標(biāo)簽） 四級：實驗試劑l.r（黃色標(biāo)簽）實驗用水選用新鮮蒸餾水。ph大于6的緩沖溶液應(yīng)用無co2的水配制，并在儲存期間防止co2的侵入。貯藏在抗腐蝕的玻璃或聚乙烯塑料瓶中。保存期一般為2

12、3月，如出現(xiàn)渾濁、霉變、沉淀等變質(zhì)現(xiàn)象應(yīng)停止使用。四. 緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上的意義血液中的緩沖系磷酸鹽：h2po4-hpo42-碳酸鹽：h2co3-hco3- (1.35mmoll-127 mmoll-1)ph=6.10+lg20=7.40na-蛋白質(zhì)- h-蛋白質(zhì)人血液(37)正常ph 為7.35-7.45。每人每天耗o2600l， 產(chǎn)生co2酸量約合2l濃hcl， 除呼出co2及腎排酸外，歸功于血液的緩沖作用。血漿中：khco3 - h2co3 k2hpo4 - kh2po4k-血紅蛋白- h-血紅蛋白k-氧合血紅蛋白-h-氧合血紅蛋白 紅細胞液中：碳酸氫鹽緩沖對在血液中的濃度最高，緩沖能力最大，維持血液正常的功能也最為重要。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：co2（溶解）+ h2o h2co3h3o+ + hco3-co2(g)(肺)腎k1k2 當(dāng)hco3-co2發(fā)生緩沖作用時，肺部和腎臟的調(diào)節(jié)也在起著作用。當(dāng)體內(nèi)物質(zhì)代謝不斷生成二氧化碳、硫酸、磷酸、乳酸、乙酰乙酸等酸性物質(zhì)時，hco3-與h3o+離子結(jié)合生成co2，平衡左移，h2co3濃度增