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1、医用化学,2010级临床医学7-8班，9-13-14班 参考教材：基础化学（第7版），人民卫生出版社,第四章 缓冲溶液,Buffer Solution,学习内容,1. 缓冲溶液及缓冲机制 缓冲溶液及其作用机制 缓冲溶液的组成 2. 缓冲溶液pH的计算 缓冲溶液pH的近似计算公式 缓冲溶液pH计算公式的校正 3. 缓冲容量和缓冲范围 缓冲容量 影响缓冲容量的因素及缓冲范围,学习内容,4. 缓冲溶液的配制 常用缓冲溶液的配制方法 标准缓冲溶液 5. 血液中的缓冲系,学习要求,掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理。 掌握影响缓冲溶液pH的因素、应用Henderson-Hasselbalch方程式计算缓
2、冲溶液的pH值。 掌握缓冲容量的概念、影响因素及有关计算。 熟悉配制缓冲溶液的原则和方法。了解医学上常用缓冲溶液配方和标准缓冲溶液。 熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH过程中的作用。,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,演示实验 样品1，0.10 molL-1 NaCl溶液 样品2，含 HAc 和 NaAc 均为0.10 molL-1的混合液 操作（1）滴加强酸 HCl 至c(HCl)=0.010 molL-1 操作（2）滴加强碱NaOH 至c(NaOH)=0.010 molL-1 观察现象：pH的变化程度,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,结论 （1）HAc NaAc 混合溶液具有抵抗外来少量强酸、强
3、碱而保持pH基本不变的能力。 （2）在大量的外来酸碱作用下，pH最终改变，说明其抵抗力是有限度的。,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,缓冲溶液及其作用机制 缓冲溶液（buffer solution） 能够抵抗外来少量强酸、强碱，或少量稀释时可保持其pH基本不变的溶液。 缓冲作用（buffer action） 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,缓冲原理：以HAc-Ac-体系为例 共轭酸 共轭碱 HAc + H2O Ac- + H3O+ 纯HAc液： 0.1mol.L-1 0.00132mol.L-1 大量 微量 HAc-NaAc：0.1mol.L-1 0.1 mol.
4、L-1 大量 大量 (人为配制),第一节 缓冲溶液及缓冲机制,缓冲原理：以HAcAc-体系为例 抗酸。侵入少量强酸时，共轭碱Ac-接收外来H+，平衡左移，使得溶液H+浓度变化甚微。 抗碱。侵入少量强碱时，OH-与H3O+结合，平衡右移，共轭酸补充消耗掉的H3O+离子，也使得溶液H+浓度变化甚微。 稀释。假设稀释一倍：正向速率VK.1/2.HAc 逆向速率：VK.1/2.H3O+.1/2.Ac-,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,结论 缓冲溶液中，同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，对抗的只是外来的少量强酸、强碱。 缓冲作用的一般原理，就是弱电解质的解离平衡的移动原理。 共轭酸是抗碱成分；共轭碱是抗酸
5、成分。,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,缓冲溶液的组成 一般由具有足够浓度和一定比例的共轭酸碱对的两种物质组成。共轭酸称为抗碱成分，共轭碱称为抗酸成分。 组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。,共轭酸,共轭碱,HAc NH4Cl H2PO4-,NaAc NH3H2O HPO42-,抗酸成分,缓冲系,抗碱成分,组成示意图,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,常见的缓冲系,Tris：三羟甲基氨基甲烷,分子式：C4H11NO3 示性式：C(CH2OH)3NH2 结构式：,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,常见缓冲溶液
6、的组成 （1）弱酸及其次级盐 （2）弱碱及其次级盐 （3）多元弱酸(碱)的两种相邻盐 （4）多元弱酸的一种酸式盐 （5）较浓的强酸或强碱溶液,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,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。 弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。 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。,第二节 缓冲溶液pH的计算,缓冲溶液pH值的近似计算公式 1、HendersonHasselbalch方程式 以HB代表弱酸，并与B-组成缓冲溶液。,第二节 缓冲溶
7、液pH的计算,HendersonHasselbalch方程式的意义 缓冲溶液的pH首先取决于pKa pKa值一定，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,第二节 缓冲溶液pH的计算,HendersonHasselbalch方程式的应用 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,第二节 缓冲溶液pH的计算,由于 c = n/V，所以,第二节 缓冲溶液pH的计算,根据 n = cV，若取储备液 c(B-) = c(HB),第二节 缓冲溶液pH的计算,例 将20 mL 0.10 molL-1 的 H3PO4溶液与 30 mL
8、 0.10 molL-1 的 NaOH溶液混合，求所得缓冲溶液的pH=？已知：pKa1=2.16, pKa2=7.21, pKa3=12.32。 解:,H3PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2O 反应前 200.10mmol 300.10mmol 反应后 1.0mmol 1.0mmol,Na2HPO4 + NaOH NaH2PO4 + H2O 反应前 2.0mmol 1.0mmol 反应后 1.0mmol 1.0mmol,第二节 缓冲溶液pH的计算,缓冲溶液的稀释值 缓冲溶液加水稀释时，c(B-)与c(HB)的比值不变，pH的计算值也不变。 但稀释会引起溶液离子强度的改变，使HB和B
9、-的活度因子受到不同程度的影响，因此缓冲溶液的pH值也随之有微小的改变。,第二节 缓冲溶液pH的计算,因稀释而引起缓冲溶液pH值的变化用稀释值表示，当缓冲溶液的浓度为c时，加入等体积纯水稀释，稀释后与稀释前的pH值之差定义为稀释值，符号为pH1/2 稀释值0，表明缓冲溶液的pH值随稀释而增加；稀释值0，则表明缓冲溶液的pH值随稀释而减少。,第二节 缓冲溶液pH的计算,稀释值pH1/2/pH单位,第三节 缓冲容量和缓冲范围,一、缓冲容量 当加入过量的强酸或强碱，缓冲溶液的pH将发生较大变化，失去缓冲能力。用缓冲容量作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为,越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强。,第三节 缓
10、冲容量和缓冲范围,二、影响缓冲容量的因素 1） 缓冲比的影响 2）总浓度c总HB+B-的影响,第三节 缓冲容量和缓冲范围,三、最大缓冲容量max 缓冲比越接近1，缓冲容量越大；缓冲比等于1时，有最大缓冲容量。,第三节 缓冲容量和缓冲范围,四、缓冲范围 pH=pKa1变化范围称为缓冲范围。,第三节 缓冲容量和缓冲范围,缓冲容量 与pH的关系 （1）HCl （2）0.1 molL-1 HAc+NaOH （3）0.2 molL-1 HAc+NaOH （4）0.05 molL-1 KH2PO4+NaOH （5）0.05 molL-1 H2BO3+NaOH （6）NaOH,第三节 缓冲容量和缓冲范围,例
11、 将0.20molL-1HB溶液和0.20molL-1 B-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 c(HB)= c(B-)=,第四节 缓冲溶液的配制,一、配制方法 1选择合适的缓冲系： （1）pH在pKa1缓冲范围内并尽量接近弱酸pKa。 （2）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0.05molL-10.2molL-1。 3计算所需缓冲系的量： 根据Henderson-Hasselbalch方程计算。 4校正： 需在pH计监控下，对所配缓冲溶液的pH校正。,第四节 缓冲溶液的配制,例 如何配制pH
12、=5.00的缓冲溶液100mL? 解 (1) 选择缓冲系（表4-1） 由于HAc的pKa= 4.76，接近所配缓冲溶液pH=5.00，所以可选用HAc-Ac-缓冲系。 (2) 确定总浓度，计算所需缓冲系的量 一般具备中等缓冲能力 (0.050.2molL-1)即可，并考虑计算方便，选用0.10molL-1的HAc和0.10molL-1 NaAc溶液。应用式(4.5)可得,第四节 缓冲溶液的配制,设 V(NaAc) = x mL 则 ： V(NaAc) = x mL = 64mL V(HAc)= 100mL - 64mL= 36mL,第四节 缓冲溶液的配制,例 配制1L pH=10.0的NH3-
13、NH4Cl缓冲溶液，已用去350mL 15molL-1氨水，问需氯化铵多少克？已知Kb(NH3)=1.810-5 ，M(NH4Cl)=53.5g mol-1 解 pKa9.25 m(NH4Cl) = 50g,第四节 缓冲溶液的配制,二、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。,第五节 血液中的缓冲系,体液中存在多种生理缓冲系，使体液的pH保持基本稳定 例如：血液的pH保持在7.357.45之间 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
14、蛋白) H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-,第五节 血液中的缓冲系,上述缓冲系中，碳酸缓冲系的浓度最高，在维持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要。 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：,CO2 + H2O,B-,H+,第五节 血液中的缓冲系,第五节 血液中的缓冲系,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明显改变。 HCO3-在一定程度上可以代表血浆对体内所产生的酸性物质的缓冲能力，所以常将血浆中的HCO3-称为碱储。 若血液的pH小于7.35，则会发生酸中毒(acidosis)；若pH大于7.45，则发生碱中毒(alkalosis)。若血液的pH小于6.8或大于7.8，就会导致死亡。,第五节 血液中的缓冲系,正常情况下，HCO3-与CO2 (aq) 的比率为24mmolL-1 比1.2mmolL-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， pH6.10 + lg =7.40,下列情况均需pH一定的缓冲溶液： 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,第五节 血液中的缓冲系,
