医用基础化学4缓冲溶液课件

医用基础化学4缓冲溶液第4章 缓冲溶液Buffer Solution医用基础化学4缓冲溶液4.1 缓冲溶液基本概念4.1.1 缓冲溶液及其作用原理实验 样品1，0.10 molL-1 NaCl溶液样品2，含 HAc 和 NaAc 均为0.10 molL-1的 混合溶液操作：加入强酸 HCl 至 0.010 molL-1观察现象：pH的变化医用基础化学4缓冲溶液4.1 缓冲溶液基本概念0.10 molL-1 NaCl溶液加入HCl到0.010 molL-1溶液的pH由7变为2，改变了5个pH单位。医用基础化学4缓冲溶液4.1 缓冲溶液基本概念0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液加入HCl到0.010 molL-1溶液的pH由4.75变为4.74，改变仅0.01pH单位。医用基础化学4缓冲溶液4.1 缓冲溶液基本概念1.缓冲溶液定义能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其pH基本不变的溶液。缓冲作用缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。医用基础化学4缓冲溶液4.1 缓冲溶液基本概念2.缓冲机制 以HAcAc-体系为例缓冲溶液存在大量HAc和Ac-，质子转移平衡HAc+H2OH3O+Ac-n当加入少量强酸时,Ac-消耗掉外来的H+离子，直到建立起新平衡，而溶液的pH保持基本不变。H+Ac-HAcn当加入少量强碱时,HAc解离直到建立新平衡，补充消耗的H3O+离子,而溶液pH保持基本不变。OH-+H3O+2H2O共轭碱称为抗酸成分，共轭酸称为抗碱成分。医用基础化学4缓冲溶液4.1 缓冲溶液基本概念4.1.2 缓冲溶液的组成由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。医用基础化学4缓冲溶液4.1 缓冲溶液基本概念常见的缓冲系 质子转移平衡HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+TrisH+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O+NH4+H2O NH3+H3O+CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2O HPO42-+H3O+HPO42-+H2O PO43-+H3O+缓冲系HAc-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4TrisHCl-TrisH2C8H4O4-KHC8H4O4NH4Cl-NH3CH3NH3+Cl-CH3NH2NaH2PO4-Na2HPO4Na2HPO4-Na3PO4质子转移平衡HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+TrisH+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O+NH4+H2O NH3+H3O+CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2O HPO42-+H3O+HPO42-+H2O PO43-+H3O+缓冲系HAc-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4TrisHCl-TrisH2C8H4O4-KHC8H4O4NH4Cl-NH3CH3NH3+Cl-CH3NH2NaH2PO4-Na2HPO4Na2HPO4-Na3PO4医用基础化学4缓冲溶液4.2 缓冲溶液pH的计算 4.2.1 HendersonHasselbalch方程以HB代表弱酸，并与NaB组成缓冲溶液。HB+H2OH3O+B-HBBlg p pH ,HBBOH -a-3aKK整理得等式两边各取负对数，医用基础化学4缓冲溶液4.2 缓冲溶液pH的计算HB)Blg p pH-a(ccK HB在溶液中只少部分解离，且因B-的同离子效应，使HB几乎完全以分子状态存在。所以HB)Blg p pH )HB)/)/Blg p HB)Blg p pH-a-a-a(nnKVnVnKccK溶液溶液 由于 c=n/V，所以医用基础化学4缓冲溶液4.2 缓冲溶液pH的计算讨论HBBlg p pH-a K(1)缓冲溶液的pH首先取决于pKa。(2)对于给定的缓冲系，其pH随着缓冲比B-/HB的改变而改变。当缓冲比等于l时，pH等于pKa。(3)溶液加水稀释时，缓冲比基本不变，所以pH基本不变。但稀释会引起溶液离子强度改变，使HB和B-的活度因子受到不同程度的影响，缓冲溶液的pH会有微小的改变。医用基础化学4缓冲溶液4.2 缓冲溶液pH的计算例 混合 20 mL 0.10 molL-1 的 H3PO4与 30 mL 0.10 molL-1 的 NaOH，计算所得缓冲溶液的pH。已知：pKa1=2.16，pKa2=7.21，pKa3=12.32。解H3PO4 +NaOHNaH2PO4+H2O反应前 200.10mmol 300.10mmol反应后2.0mmol1.0mmolNaH2PO4 +NaOHNa2HPO4+H2O反应前 2.0mmol1.0mmol反应后1.0mmol1.0mmol7.21 1.0mmol1.0mmollg7.21)PO(H)(HPOlg p pH42-24a2nnK医用基础化学4缓冲溶液4.3 缓冲容量4.3.1 缓冲容量 缓冲溶液的缓冲能力有一定限度。用缓冲容量作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为a(b)a(b)pHpHdefdnnV dV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。医用基础化学4缓冲溶液4.3 缓冲容量4.3.2 影响缓冲容量的因素 BHBBHBBBHBHB303.2总c/HBB303.2总总ccHBBBHB21303.21BHB1HBB11303.2医用基础化学4缓冲溶液4.3 缓冲容量1.总浓度c总HB+B-的影响：对于同一缓冲系，当缓冲比一定时，总浓度愈大，缓冲容量愈大。2.缓冲比的影响:（1）对于同一缓冲系：当总浓度一定时，缓冲比愈接近1，缓冲容量愈大；缓冲比愈远离1，缓冲容量愈小。缓冲比等于1时，缓冲系有最大缓冲容量。医用基础化学4缓冲溶液4.3 缓冲容量缓冲比1 1时，缓冲容量最大总总cc 576.0)112(1303.2max总cHBBBHB21303.2医用基础化学4缓冲溶液4.3 缓冲容量（2）缓冲范围1ppH ppH 1-ppH :pH110 11 101 aaamaxKKK缓冲比：减小减小把缓冲溶液pH=pKa1变化范围称为缓冲范围。医用基础化学4缓冲溶液4.3 缓冲容量与与pH的关系的关系（2）0.1 molL-1 HAc+NaOH（3）0.2 molL-1 HAc+NaOH（4）0.05 molL-1 KH2PO4+NaOH（5）0.05 molL-1 H2BO3+NaOH医用基础化学4缓冲溶液讨论1）在pH=pKa时，缓冲容量达到最大。2）同一缓冲系，总浓度越大，max越大。3）不同缓冲系，总浓度相同，max相同。4）缓冲容量以max为中心呈钟形对称。4.3 缓冲容量医用基础化学4缓冲溶液4.3 缓冲容量例例 将0.20molL-1HB溶液和0.20molL-1 B-溶液 以9:1的体积比混合，计算缓冲系的缓冲容量。解：解：当V(HB):V(B-)=9:1时-1-1-1-0.20mol L(HB)0.20mol L9mL(HB)=0.18mol L(HB)(B)9mL 1mLVcVV-1-1-1-0.20mol L(B)0.20mol L1mL(B)=0.020mol L(HB)(B)9mL 1mLVcVV11111Lmol041.0Lmol020.0Lmol18.0Lmol020.0Lmol18.0303.2医用基础化学4缓冲溶液4.4 缓冲溶液的配制4.4.1 4.4.1 配制方法配制方法1.1.配制原则或程序配制原则或程序（1 1）选择合适的缓冲系：）选择合适的缓冲系：pHpH在在p pK Ka a1 1缓冲范围内并尽量接近弱酸缓冲范围内并尽量接近弱酸p pK Ka a。缓冲系的物质必须对主反应无干扰。缓冲系的物质必须对主反应无干扰。（2 2）配制的缓冲溶液的总浓度要适当：）配制的缓冲溶液的总浓度要适当：一般总浓度一般总浓度0.05molL0.05molL-1-10.2molL0.2molL-1-1。（3 3）根据）根据Henderson-HasselbalchHenderson-Hasselbalch方程计算所需量。方程计算所需量。（4 4）配制：根据计算量配制）配制：根据计算量配制（5 5）校正：在）校正：在pHpH计监控下，对所配缓冲液的计监控下，对所配缓冲液的pHpH校正。校正。医用基础化学4缓冲溶液4.4 缓冲溶液的配制2 2配制：配制：（1 1）用同浓度弱酸及共轭碱配制。）用同浓度弱酸及共轭碱配制。根据 n=cV，若混合前储备液的 c(B-)=c(HB)配制缓冲液时,所取体积分别为V(B-)、V(HB)，则HB)()B(lg p pH HB)(HB)()B()B(lg p HB)()B(lg p pH-a-a-aVVKVcVcKnnK医用基础化学4缓冲溶液4.4 缓冲溶液的配制（2 2）用酸碱反应生成物与剩余反应物配制。）用酸碱反应生成物与剩余反应物配制。在实际应用中，还采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系。弱酸（过量）+强碱弱碱（过量）+强酸优点：HCl 和 NaOH 溶液常备试剂，容易获得。通常缓冲溶液的pH需要在pH计监控下调整，滴加强碱/酸易于操作。医用基础化学4缓冲溶液4.4 缓冲溶液的配制4.4.2 常用缓冲溶液常用缓冲溶液1.标准缓冲溶液标准缓冲溶液 标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力，用来校准稀释能力，用来校准pHpH计。计。医用基础化学4缓冲溶液4.4 缓冲溶液的配制4.4.2 常用缓冲溶液常用缓冲溶液2.常用常用缓冲溶液缓冲溶液医用基础化学4缓冲溶液4.5 缓冲溶液在医学中的意义 血浆中：H2CO3-HCO3-H2PO4-HPO42-HnP-Hn-1P-红细胞中：H2b-Hb-(血红蛋白)H2bO2-HbO2-(氧合血红蛋白)H2CO3-HCO3-H2PO4-HPO42-医用基础化学4缓冲溶液4.5 缓冲溶液在医学中的意义 正常情况下，HCO3-与CO2溶解的比率为24mmolL-1比1.2mmolL-1，即20/1。37时，若血浆中离子强度为0.16，经校正后，pKa=pKa1 =6.10，pH6.10+lg 7.40)HB()B(lg11Lmol0012.0Lmol024.0医用基础化学4缓冲溶液4.5 缓冲溶液在医学中的意义 在这些缓冲系中，碳酸缓冲系H2CO3-HCO3-的浓度最高，在维持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要。碳酸缓冲系来源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳酸，与其离解产生的碳酸氢根离子，以及血液中贮存的碳酸氢根离子达成平衡：医用基础化学4缓冲溶液4.5 缓冲溶液在医学中的意义 当体内酸性物质增加,HCO3-与H3O+结合，平衡左移；体内碱性物质增加时，H3O+结合OH-，H2CO3(CO2溶解)解离，平衡右移，pH没有明显改变。HCO3-在一定程度上可以代表血浆对体内所产生的酸性物质的缓冲能力，所以常将血浆中的HCO3-称为碱储。若血液的pH小于7.35，则会发生酸中毒(acidosis)；若pH大于7.45，则发生碱中毒(alkalosis)。若血液的pH小于6.8或大于7.8，就会导致死亡。医用基础化学4缓冲溶液作业：59页2、7、8、9、10医用基础化学4缓冲溶液