第四章 缓 冲 溶 液 (Buffer Solution).

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1 第四章 缓 冲 溶 液 (Buffer Solution)

2 第一节 缓冲溶液及缓冲机制 缓冲溶液（buffer solution）
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。 缓冲作用（buffer action） 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用。

3 抗酸成分 (anti-acid component)
一、缓冲机制 同离子效应 HAc + H2O H3O+ + Ac- NaAc → Na+ + Ac- HAc + H2O H3O+ + Ac- H3O+ 大量 大量 共轭碱(conjugate base) 抗酸成分 (anti-acid component)

4 抗碱成分 (anti-base component)
HAc + H2O H3O+ + Ac- H3O+ 大量 大量 共轭酸 （conjugate acid） 抗碱成分 (anti-base component)

5 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。
HB H2O B H3O+ conjugate acid conjugate base

6 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 缓冲系 共轭碱→抗酸成分

7 常用缓冲系 （conjugate acid ） (conjugate base) H3PO4 —— NaH2PO4
HB H2O B H3O+ （conjugate acid ） (conjugate base) NH4Cl —— NH3 H3PO —— NaH2PO4 NaH2PO —— Na2HPO4 Na2HPO —— Na3PO4 H2CO —— NaHCO3 NaHCO —— Na2CO3 H3BO —— NaH2BO3 HAc —— NaAc

8 缓冲溶液在医学上的意义 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- —— HPO42- 血浆蛋白——血浆蛋白盐 HHb(血红蛋白) ——KHb(血红蛋白盐) H2CO3 —— HCO3-

9 大量 大量 CO2(溶解) + H2O H2CO3 H+ + HCO3- conjugate acid conjugate base
anti-base component anti-acid component

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11 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

12 第二节 缓冲溶液pH的计算 一、缓冲溶液pH的近似计算公式 HB + H2O B- + H3O+ 平衡时

13 其中[HB]≈C（HB），[B-]≈C（B-）

14 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。
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。

15 例：在500mL0.200 mol·L-1NH3·H2O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

16 § 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。

17 说明：缓冲容量取决于缓冲系的总浓度和缓冲比。
二、影响缓冲容量的因素： 为缓冲比 其中 [HB] +[B-]=c总（总浓度） 说明：缓冲容量取决于缓冲系的总浓度和缓冲比。

18 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。

19 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。

20 三、有效缓冲范围 （buffer effective range） 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. pH=pKa-1 ~ pKa+1

21 （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

22 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： ~ 0.20 mol ·L-1。 3、用Henderson-Hasselbalch方程式计算所需缓冲系的量。 4、校正。

23 1、选用相同浓度的共轭酸和共轭碱直接混合而得：
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。

24 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 H2PO4-—HPO42- HPO42- H2PO4-

25 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
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）

26 四、标准缓冲溶液 溶液 浓度/ mol·L-1 pH(25oC) 温度系数(△pH/ oC) 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 , 7.413 （Na2B4O7· 10H2O） 0.01 9.180 -0.008

27 在生理学和生物化学中，最常用的缓冲系是Tris及Tris-HCl

28 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.

29 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 .

30 buffer component ratio
Ⅱ How to calculate the pH of a buffer Henderson-Hasselbalch equation: pKa——the pKa of the conjugate acid buffer component ratio

31 Ⅲ Buffer capacity Definition: 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.

32 A buffer has the highest capacity when its components are present in equal concentration ,that is, when [B-]/[HB]=1 . Buffer effective range is from pKa-1 to pKa+1,that is, pH=pKa-1 ~ pKa+1

33 Ⅳ How to prepare a Buffer
1) Choose the reasonable conjugate acid-base pair 2) Calculate the ratio of buffer component 3) Determine the buffer concentration 4) Adjust the final buffer to the desired pH

34 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。

35 P67（4）（6）（9） P68（15） 习 题 Exercises： （6）（8）