醫用化學/緩沖溶液與緩沖作用原理

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醫用化學

PH值與緩沖溶液
- 緩沖溶液
  - 緩沖溶液與緩沖作用原理
  - 緩沖溶液PH的計算
  - 緩沖容量與緩沖范圍
  - 緩沖溶液的配制
  - 緩沖溶液在醫學上的意義

（一）緩沖作用與緩沖溶液

純水在25℃時PH值為7.0，但只要與空氣接觸一段時間，因為吸收二氧化碳而使PH值降到5.5左右。1滴濃鹽酸（約12.4mol.L-1）加入1升純水中，可使［H＋］增加5000倍左右（由1.0×10-7增至5×10-4mol.L-1），若將1滴氫氧化鈉溶液（12.4mol.L-1）加到1升純水中，PH變化也有3個單位?？梢娂兯腜H值因加入少量的強酸或強堿而發生很大變化。然而，1滴濃鹽酸加入到1升HOAc-NaOAc混合溶液或NaH2PO4-Na2HPO4混合溶液中，［H+］的增加不到百分（從1.00×10-7增至1.01×10-7mol.L-1）,PH值沒有明顯變化.這種能對抗外來少量強酸/強堿或稍加稀釋不引起溶液PH值發生明顯變化的作用叫做緩沖作用;具有緩沖作用的溶液,叫做緩沖溶液。

（二）緩沖溶液的組成

緩沖溶液由足夠濃度的共軛酸堿對組成。其中，能對抗外來強堿的稱為共軛酸，能對抗外來強酸的稱為共軛堿，這一對共軛酸堿通常稱為緩沖對、緩沖劑或緩沖系，常見的緩沖對主要有三種類型。

1．弱酸及其對應的鹽　例如，HOAc-NaOAc（實際上是OAc-）；H2CO3-NaHCO3；H2C8H4O4-KHC8H4O4（鄰苯二甲酸-鄰苯二甲酸氫鉀）；H3BO3-Na2B4O7（四硼酸鈉水解后產生H2BO-3）。

2．多元弱酸的酸式鹽及其對應的次級鹽，例如，NaHCO3-Na2CO3；NaH2PO4-Na2HPO4；NaH2C5HO7（檸檬酸二氫鈉）-Na2HC6H5O7；KHC8H4O4-K2C8H4O4。

3．弱堿及其對應的鹽例如NH3-NH+4CL-；RNH2-RNH+3A-（伯胺及其鹽）；Tris-TrisH+A-（三羥甲基烷及其鹽）。

（三）緩沖溶液的作用原理

現以HOAc-NaOAc緩沖溶液為例，說明緩沖溶液之所以能抵抗少量強酸或強堿使PH穩定的原理。醋酸是弱酸，在溶液中的離解度很小，溶液中主要以HOAc分子形式存在，OAc-的濃度很低。醋酸鈉是強電解質，在溶液中全部離解成Na+和OAc-，由于同離子效應，加入NaOAc后使HOAc離解平衡向左移動，使HOAc的離解度減小，［HOAc］增大。所以，在HOAc-NaOAc混合溶液中，存在著大量的HOAc和OAc-。其中HOAc主要來自共軛酸HOAc，OAc-主要來自NaOAc。這個溶液有一定的［H+］，即有一定的PH值。

在HOAc-NaOAc緩沖溶液中，存在著如下的化學平衡：

在緩沖溶液中加入少量強酸（如HCL），則增加了溶液的［H+］。假設不發生其他反應，溶液的PH值應該減小。但是由于［H+］增加，抗酸成分即共軛堿OAc-與增加的H+結合成HOAc，破壞了HOAc原有的離解平衡，使平衡左移即向生成共軛堿HOAc分子的方向移動，直至建立新的平衡。因為加入H+較少，溶液中OAc-濃度較大，所以加入的H+絕大部分轉變成弱酸HOAc，因此溶液的PH值不發生明顯的降低。

在緩沖溶液中加入少量強堿（如NaOH），則增加了溶液中OH-的濃度。假設不發生其他反應，溶液的PH值應該增大。但由于溶液中的H+立即加入的OH-結合成更難離解的H2O，這就破壞了HOAc原有的離解平衡，促使HOAc的離解平衡向右移動，即不斷向生成H+和OAc-的方向移動　，直至加入的OH-絕大部分轉變成H2O，建立新的平衡為止。因為加入的OH－少，溶液中抗堿成分即共軛酸HOAc的濃度較大，因此溶液的PH值不發生明顯升高。

在溶液稍加稀釋時，其中［H+］雖然降低了，但［OAc-］同時降低了，同離子效應減弱，促使HOAc的離解度增加，所產生的H+可維持溶液的PH值不發生明顯的變化。所以，溶液具有抗酸、抗堿和抗稀釋作用。

多元酸的酸式鹽及其對應的次級鹽的作用原理與前面討論的相似。例如，在NaH2PO4-Na2HPO4溶液中存在著離解平衡：