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1、第4-2章 缓冲溶液（Buffer Solution）,第一节 缓冲溶液的缓冲作用 第二节 缓冲溶液的pH值 第三节 缓冲容量 第四节 缓冲溶液的配制 第五节 血液中的缓冲系,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
2、医学和临床医学研究中，尤其在生物学、分子生物学、细胞生物学实验中，广泛使用缓冲溶液来维持研究体系的酸碱环境。,第一节 缓冲溶液及缓冲作用,一、缓冲作用及缓冲溶液的组成,pH11,pH3,pH4.76,pH4.74,缓冲作用：能抵抗外来少量强酸强碱，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。,“少量”、“基本不变”缓冲作用有限度 缓冲作用应同时具有抗酸和抗碱的双重作用。,（1）浓的强酸、强碱有缓冲作用吗？ （2）较大浓度的弱酸、弱碱有缓冲作用吗？,思考,缓冲作用（buffer action）,缓冲溶液组成,HAc-NaAc NH4+-NH3 H3PO4- H2PO4- H2
3、PO4-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,以下混合物溶液都有缓冲作用：,二、缓冲作用机理,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,以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与酸作用）,平衡向左移动,抗酸成分,抗酸作用,以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与碱作用）：,平衡向右移动,抗碱成分,抗碱作用,（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
4、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,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系平衡浓度，但因cHB、cB-都较大， B-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
5、:,阐述了影响缓冲溶液pH值的因素:,Ka(缓冲系本性) Ka与温度有关，缓冲液的pH值也与温度有关。 c(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。 缓冲溶液有限稀释时， Ka与缓冲比均不变，pH不变，即缓冲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
6、.100 mol/L HCl and (b) 0.500 mL of a solution 0.100 mol/L in both HAc and NaAc.,HCl,NaAc-HAc,第三节 缓冲容量（buffer capacity）,一、缓冲容量（）的定义,使1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,c总（cHB+cB-）：当缓冲比一定时，c总越大，抗酸抗碱成
7、分越多，缓冲作用越强。,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pH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。,（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
8、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。,四、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-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=64.5mL,1、选择合适的缓冲系。
9、,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； 二级：分析纯A.R； 三级：化学纯C.R； 四级：实验试剂L.R,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
10、。,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=7.40 Na-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，归功于血液的缓冲作用。,血浆中：,KHCO3 - H2CO3 K2HPO4 - KH2PO4 K-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
11、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。,
