第四章 缓 冲 溶 液

(Buffer Solution)

第一节 缓冲溶液及缓冲机制

缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用。

缓冲作用（ buffer action ）

能够抵抗少量外来强酸、强碱而保持溶液 pH 基本不变的溶液，称为缓冲溶液。

缓冲溶液（ buffer solution ）

NaAc → Na+ + Ac-

同离子效

应

大量 大量共轭碱 (conjugat

e base)

抗酸成分 (anti-acid component)

HAc + H2O H3O+ + Ac-

HAc + H2O H3O+ + Ac-H3O+

一、缓冲机制

+OH-

2H2O

大量大量

共轭酸 （ conjugate acid ）

抗碱成分 (ant

i-base component)

HAc + H2O H3O+ + Ac-H3O+

HB + H2O B- + H3O+

conjugate acid

conjugate base

缓冲作用是在有足量的抗酸成分和抗碱成分存在的缓冲体系中，通过共轭酸碱对之间的质子转移平衡 移动来实现的。

二、缓冲溶液的组成

缓冲溶液是由具有足够浓度、适当比例的共轭酸碱对组成的：

共轭酸→抗碱成分共轭碱→抗酸成分

缓冲系

常用缓冲系 HB + H2O B- + H3O+

（ conjugate acid ） (conjugate base)

NH4Cl —— NH3

H3PO4 —— NaH2PO4

NaH2PO4 —— Na2HPO4

Na2HPO4 —— Na3PO4

H2CO3 —— NaHCO3

NaHCO3 —— Na2CO3

H3BO3 —— NaH2BO3

HAc —— NaAc

1 、体液中存在多种生理缓冲系，使体液的 pH 值保持基本稳定。如：血液中存在多种缓冲系H2CO3 —— HCO3

-

H2PO4- —— HPO4

2-

血浆蛋白——血浆蛋白盐HHb( 血红蛋白 ) ——KHb( 血红蛋白盐 )

H2CO3 —— HCO3-

缓冲溶液在医学上的意义

CO2( 溶解 ) + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

大量conjugate

acid

anti-base component

大量conjugate

baseanti-acid

component

2 、以下情形均需要一定 pH 值的缓冲溶液：

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

HB + H2O B- + H3O+

第二节 缓冲溶液 pH 的计算

一、缓冲溶液 pH 的近似计算公式

][B

[HB]KaO][H

[HB]

O]][H[BKa

3

3

平衡时

][B

[HB]lglgkaO]lg[H3

[HB]

][BlgpkapH

其中 [HB]≈C （ HB ）， [B-]≈C （ B- ）

C(HB)

)C(BlgpkapH

n(HB)

)n(Blgpka

n(HB)/V

)/Vn(BlgpkapH

讨 论1 、 pka 是共轭酸的解离平衡常数的负对数； C(B-) 是缓冲溶液中共轭碱的浓度； C(HB) 是缓冲溶液中共轭酸的浓度。2 、公式说明：缓冲溶液的 pH 值主要决定于共轭酸的 pka ；其次决定于 C(B-) / C(HB) ( 缓冲比 )

3 、缓冲溶液在一定范围内具有抗稀释的性能。4 、温度对缓冲溶液的 pH 有影响。

例：在 500mL0.200 mol·L-1NH3·H2

O 中，加入 4.78gNH4Cl 固体，配制1 升缓冲溶液，求此缓冲溶液的 pH 。

已知： NH3·H2O 的 pKb=4.75

§4-3 缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量 (buffer capacity) 的定义

缓冲容量表现了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。

dpHV

dn ba

二、影响缓冲容量的因素：

）（ ][B[HB]][B[HB]

][B

][B[HB]

[HB]. -

-

-

-

3032

说明：缓冲容量取决于缓冲系的总浓度和缓冲比。

其中 [HB]

][B-

为缓冲比

[HB] +[B-]=c 总（总浓度）

说明：1 、总浓度的影响：对同一缓冲系，缓冲比一定时，总浓度越大，缓冲容量越大。

2 、缓冲比的影响：对同一缓冲系，总浓度一定时，缓冲比越趋近于 1 ，缓冲容量越大；缓冲比等于 1 时，缓冲容量最大。

总总最大 0.576cc11

1

11

12.303β

三、有效缓冲范围 （ buffer effective range ）

pH=pKa-1 ~ pKa+1

一般认为 , 缓冲比在 1/10~10/1 范围内 , 缓冲溶液才能有效发挥缓冲作用 .

（ 1 ） HCl （ 2 ） 0.1 mol·L-1 HAc+NaOH（ 3 ） 0.2 mol·L-1 HAc+NaOH （ 4 ） 0.05 mol·L-1 KH2PO4+NaOH（ 5 ） 0.05 mol·L-1 H2BO3+NaOH （ 6 ） NaOH

第四节 缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制原则：1 、选择合适的缓冲系：使所选缓冲系中共轭酸的 pka 与所配缓冲溶液的pH 值尽量接近。2 、保证有足够的总浓度： 0.05 ~ 0.20 mol ·L-1 。3 、用 Henderson-Hasselbalch 方程式计算所需缓冲系的量。 4 、校正。

二、缓冲溶液的配制方法：1 、选用相同浓度的共轭酸和共轭碱直接混合而得：

pH=pKa+lgV （共轭碱） /V （共轭酸 )

2 、在一定量的弱酸溶液中加入适量的强碱，利用剩余的弱酸和反应生成的弱酸强碱盐构成缓冲对。

三、计算示例例 1 ：相同浓度的 H3PO4 和 NaOH溶液按 2 ： 3 的体积比混合后，形成的缓冲对为 ，该缓冲对可配制 pH 从 到 的缓冲溶液，其中的抗酸成分是 ，抗碱成分是 ，计算该缓冲溶液 pH 的公式为

6.21 8.21H2PO4

-—HPO42-

HPO42-

H2PO4-

)4POH(C

)HPO(ClgpKpH

2

24

2a

例 2 用某二元弱酸 H2B 配制 pH=6.00

的缓冲溶液，问应在 450ml c(H2B)= 0.

100mol·L-1 的溶液中 , 加入 c(NaOH) =0.100mol·L-1 的溶液多少毫升？（已知 H2B 的 pka1=1.52 ， pka2=6.30

，设溶液的体积是可以加和的）

四、标准缓冲溶液

溶液 浓度 / mol·L-1

pH(25oC)

温度系数( pH/ △ o

C)

KHC4H4O6 饱和 , 25oC 3.557 -0.001

KHC8H4O4 0.05 4.008 +0.001

KH2PO4 -Na2HPO4 0.025,0.025 6.865 -0.003

KH2PO4 -Na2HPO4 0.008695 , 0.03043

7.413 -0.003

（ Na2B4O7· 10H2O ）

0.01 9.180 -0.008

在生理学和生物化学中，最常用的缓冲系是 Tris 及 Tris-HCl

三 ( 羟甲基 ) 甲胺 （ Tris ）

Summary

A solution that could withstand the effect of a few additional strong acid or strong base and keep its pH changeless is called buffer solution .

Ⅰ The composition of a buffer

Usually a buffer consists of large numbers of two components of a conjugate acid-base pair.

conjugate acid → anti-base component

conjugate base → anti-acid component

When small amounts of strong acid are added ， the conjugate base can withstand the additional strong acid without changing its pH ; When small amounts of strong base are added ， the conjugate acid can withstand the additional strong base without changing its pH .

Ⅱ How to calculate the pH of a buffer

Henderson-Hasselbalch equation:

n(HB)

)n(Blgpka

C(HB)

)C(Blgpka

[HB]

][BlgpkapH

pKa——the pKa of the conjugate acid

n(HB)

)n(B

c(HB)

)c(B,

[HB]

][B

or buffer component ratio

Ⅲ Buffer capacity

Definition:

][B[HB]

][B[HB]2.303

dpHV

dn-

-ba

The buffer capacity depends on the concentration of the components and buffer component ratio. The more concentration the components of the buffer, the greater the buffer capacity.

A buffer has the highest capacity when its components are present in equal concentration ,that is, when [B-]/[HB]=1 .

bufferbuffermax 0.576cc11

1

11

12.303β

Buffer effective range is from pKa-1 to pKa+1,that is,

pH=pKa-1 ~ pKa+1

Ⅳ How to prepare a Buffer

2) Calculate the ratio of buffer component

1) Choose the reasonable conjugate acid-base pair

3) Determine the buffer concentration

4) Adjust the final buffer to the desired pH

本章目的要求： 1 、掌握缓冲溶液的基本概念、组成和作用原理。 2 、掌握缓冲溶液 pH 值近似计算公式及应用。 3 、熟悉缓冲容量的概念和缓冲溶液的配制方法。 4 、了解缓冲溶液在医学上的意义。

习 题 P67 （ 4 ）（ 6 ）（9 ） P68 （ 15 ）Exercises ： （ 6 ）

（ 8 ）