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緩衝液是一種能在加入少量酸或鹼時抵抗pH改變的溶液。PH緩衝系統對維持生物的正常pH值,正常生理環境起重要作用。

 

1 緩衝液 -介紹

1)緩衝溶液作用原理和pH值

當往某些溶液中加入一定量的酸和鹼時,有阻礙溶液pH變化的作用,稱為緩衝作用,這樣的溶液叫做緩衝溶液。弱酸及其鹽的混合溶液(如HAc與NaAc),弱鹼及其鹽的混合溶液(如NH3·H2O與NH4Cl)等都是緩衝溶液。

由弱酸HA及其鹽NaA所組成的緩衝溶液對酸的緩衝作用,是由於溶液中存在足夠量的鹼A-的緣故。當向這種溶液中加入一定量的強酸時,H 離子基本上被A-離子消耗:


所以溶液的pH值幾乎不變;當加入一定量強鹼時,溶液中存在的弱酸HA消耗OH-離子而阻礙pH的變化。


2 緩衝液 -能力



2)緩衝溶液的緩衝能力

在緩衝溶液中加入少量強酸或強鹼,其溶液pH值變化不大,但若加入酸,鹼的量多時,緩衝溶液就失去了它的緩衝作用。這說明它的緩衝能力是有一定限度的。

緩衝溶液的緩衝能力與組成緩衝溶液的組分濃度有關。0.1mol·L-1HAc和0.1mol·   L-1NaAc組成的緩衝溶液,比0.01mol·L-1HAc和0.01mol·L-1NaAc的緩衝溶液緩衝能力大。關於這一點通過計算便可證實。但緩衝溶液組分的濃度不能太大,否則,不能忽視離子間的作用。

組成緩衝溶液的兩組分的比值不為1∶1時,緩衝作用減小,緩衝能力降低,當c(鹽)/c(酸)為1∶1時△pH最小,緩衝能力大。不論對於酸或鹼都有較大的緩衝作用。緩衝溶液的pH值可用下式計算:







此時緩衝能力大。緩衝組分的比值離1∶1愈遠,緩衝能力愈小,甚至不能起緩衝作用。對於任何緩衝體系,存在有效緩衝範圍,這個範圍大致在pKaφ(或pKbφ)兩側各一個pH單位之內。

弱酸及其鹽(弱酸及其共軛鹼)體系pH=pKaφ±1

弱鹼及其鹽(弱鹼及其共軛酸)體系pOH=pKbφ±1

例如HAc的pKaφ為4.76,所以用HAc和NaAc適宜於配製pH為3.76~5.76的緩衝溶液,在這個範圍內有較大的緩衝作用。配製pH=4.76的緩衝溶液時緩衝能力最大,此時(c(HAc)/c(NaAc)=1。

3 緩衝液 -配製和應用


3)緩衝溶液的配製和應用

為了配製一定pH的緩衝溶液,首先選定一個弱酸,它的pKaφ儘可能接近所需配製的緩衝溶液的pH值,然後計算酸與鹼的濃度比,根據此濃度比便可配製所需緩衝溶液。

以上主要以弱酸及其鹽組成的緩衝溶液為例說明它的作用原理、pH計算和配製方法。對於弱鹼及其鹽組成的緩衝溶液可採用相同的方法。

緩衝溶液在物質分離和成分分析等方面應用廣泛,如鑒定Mg2 離子時,可用下面的反應:



白色磷酸銨鎂沉澱溶於酸,故反應需在鹼性溶液中進行,但鹼性太強,可能生成白色Mg(OH)2沉澱,所以反應的pH值需控制在一定範圍內,因此利用NH3·H2O和NH4Cl組成的緩衝溶液,保持溶液的pH值條件下,進行上述反應。

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