缓冲溶液(降低pH变动幅度的化合物)
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更新时间:2023-05-19
缓冲溶液
降低pH变动幅度的化合物
当往某些溶液中加入一定量的酸和碱时,有阻碍溶液pH变化的作用,称为缓冲作用,这样的溶液叫做缓冲溶液。弱酸及其盐的混合溶液(如HOAc与NaOAc),弱碱及其盐的混合溶液(如NH3·H2O与NH4Cl)等都是缓冲溶液。缓冲溶液是无机化学及分析化学中的重要概念,缓冲溶液的pH值在一定的范围内不因稀释或外加少量的酸或碱而发生显着的变化,缓冲溶液依据共轭酸碱对及其物质的量不同而具有不同的pH值和缓冲容量。生化实验室常用的缓冲系主要有磷酸、柠檬酸、碳酸、醋酸、巴比妥酸、Tris(三羟甲基氨基甲烷)等系统,生化实验或研究工作中要慎重地选择缓冲体系,因为有时影响实验结果的因素并不是缓冲液的pH值,而是缓冲液中的某种离子。
简介
在生化研究工作中,常常需要使用缓冲溶液来维持实验体系的酸碱度。研究工作的溶液体系pH值的变化往往直接影响到研究工作的成效。如果“提取酶”实验体系的pH值变动或大幅度变动,酶活性就会下降甚至完全丧失。所以配制缓冲溶液是一个不可或缺的关键步骤。
配制
PH影响
缓冲原理
常见组成
常用作缓冲溶液的酸类由弱酸及其共轭酸盐组合成的溶液具有缓冲作用。常见的缓冲体系有:
1、弱酸和它的盐(如HAc---NaAc)
2、弱碱和它的盐(NH3·H2O---NH4Cl)
3、多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐(如NaH2PO4---Na2HPO4)的水溶液组成。
PH计算
认识作用
分析测试中,在络合滴定和分光光度法等许多反应里都要求溶液的pH值保持在一个范围内,以保证指示剂的变色和显色剂的显色等,这些条件都是通过加入一定量的缓冲溶液达到的,所以缓冲溶液是分析测试中经常需要的一种试剂。采用电位滴定法测定外加酸或碱对不同配比同一种缓冲溶液的滴定曲线,不仅有助于理解缓溶液及缓冲容量的概念而且对分析测试中正确选缓冲溶液的配制方法及用量具有指导意义。
采用电位滴定法测定缓冲溶液的滴定曲线,选择 了常见的氨水-氯化铵缓冲溶液,分别按照不同的配比得到4种缓冲溶液,实验测定了强酸、强碱对缓冲 溶液的滴定曲线,滴定结果直观清晰,对理解缓冲容 量的概念及实践中缓冲溶液的选择有积极的意义。
同时,我们人体的正常生理环境的维持离不开缓冲溶液,认识学习缓冲溶液有利于我们深入认识人体复杂化学反应的机制。缓冲溶液对维持着人体正常的血液p H范围。其中碳酸-碳酸氢钠是血浆中最主要的缓冲对,此对缓冲机制与肺的呼吸功能及肾的排泄和重吸收功能密切相关。正常人体代谢产生的二氧化碳进入血液后与水结合成碳酸,碳酸与血浆中的碳酸氢根离子—组成共轭酸碱对,所以缓冲溶液在医学检验中有着重要的意义。
相关举例
缓冲溶液
磷酸盐:在有些实验,它是酶的抑止剂或甚至是一个代谢物,重金属易以磷酸盐的形式从溶液中沉淀出来。而且它在pH7.5以上时缓冲能力很小。
三羟甲基氨基甲烷:它可以和重金属一起作用,但在有些系统中也起抑制作用。其主要缺点时温度效应。这点往往被忽视,在室温pH是7.8的Tris缓冲液,4℃时是8.4,37℃时是7.4,因此,4℃配制的缓冲液在37℃进行测量时,其氢离子浓度就增加了10倍。在pH7.5以下,其缓冲能力极为不理想。
CO2缓冲液
人体血浆里最重要的缓冲体系是碳酸氢盐缓冲体系是:
H2CO3= H+ + HCO3﹣
pH= pKa + lg〔HCO3﹣〕/〔H2CO3〕
在正常血浆中,〔HCO3﹣〕︰〔CO2〕= 20︰1
pH=6.10+lg20/1=7.40
人体各组织、细胞代谢产生的CO2,主要通过血红蛋白和氧合血红蛋白的运输作用,被迅速运到肺部排出,故几乎不影响血浆的pH,当产生比CO2酸性更强的酸(如磷酸、硫酸、乙酸等)时,血液中HCO3﹣/ CO2缓冲对便发挥缓冲作用,其中HCO3-可与代谢产生或外合产生CO2和H2O。增加的CO2大部分从肺部排出或通过血浆中蛋白质缓冲对和与之作用,,使〔CO2〕降低;减少的HCO3﹣可通过肾脏进行调节而得到补充,从而使
〔HCO3﹣〕,〔CO2〕和〔HCO3﹣〕/〔CO2〕都恢复正常。当人体新陈代谢过程中产生的碱进入血液时,血液中的H3O+便立即与它结合生成水。H3O+的消耗有H2CO3的解离来补充,结果也使血液的pH 保持稳定。
常用缓冲液配制
枸橼酸-磷酸氢二钠
取上述甲液61.45ml与乙液38.55ml,混合,摇匀,即得。
氨-氯化铵缓冲液
取氯化铵1.07g,加水使溶解成100ml,再加稀氨溶液(1→30)调节pH值至8.0,即得。
氨-氯化铵缓冲液
取氯化铵5.4g,加水20ml溶解后,加浓氨溶液35ml,再加水稀释至100ml,即得。
醋酸-醋酸钠缓冲液
醋酸-醋酸钠缓冲液
醋酸-醋酸钠缓冲液
取醋酸钠54.6g,加1mol/L醋酸溶液20ml溶解后,加水稀释至500ml,即得。
醋酸-醋酸铵缓冲液
醋酸-醋酸铵缓冲液
取醋酸铵77g,加水约200ml使溶解,加冰醋酸57ml,再加水至1000ml,即得。
醋酸-醋酸铵缓冲液
取醋酸铵100g,加水300ml使溶解,加冰醋酸7ml,摇匀,即得。
参考资料
[1]
大连理工大学无机化学教研室 . 无机化学 第五版 : 高等教育出版社 ,2006-5