医用化学基础第四章缓冲溶液
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4章-缓冲溶液-医化
原因：多种缓冲系，以及在肾、肺共同协调作用
基础化学（第9版）
第五节 血液中的缓冲系
• 碳酸缓冲系，维持血液pH的正常起主要作用。
• CO2溶于血液生成的H2CO3 ， 与HCO3- 达成平衡：
CO2(溶解)+H2O(l)
H2CO3(aq)
H+(aq) + HCO3-(aq)
• 正常人，[HCO3-]=24mmol·L-1 ，[CO2 (aq)] =1.2mmol·L-1。 37℃时，血浆中 I=0.16mol.kg-1，经校正后， pKa′ =6.10，
解 H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40。
过量H2Cit-与OH-反应：
H2Cit-(aq) + OH-(aq)
HCit2-(aq) + H2O(l)
剩余的H2Cit-与生成的HCit2-组成缓冲系
c(H2Cit-) = 0.025 mol·L-1
基础化学（第9版）
第四节 缓冲溶液的配制
基础化学（第9版）
（二）常用配制方法
1. 常用同浓度的共轭酸碱溶液配制。 2. 可采用过量弱酸（碱）与强碱（酸）反应，
如 HAc (过量) + NaOH ═ NaAc + H2O(l) 优点： HCl 和 NaOH 溶液为常备试剂，容易获得。 弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。 在pH计监控下，滴加强碱/酸校正。
第二节
缓冲溶液pH的计算
基础化学（第9版）
第二节 缓冲溶液pH的计算
一、缓冲溶液pH的近似计算公式
1. Henderson-Hasselbalch方程式
HB — B- 组成的缓冲溶液：
HB + H2O
基础化学（第9版）
第五节 血液中的缓冲系
• 碳酸缓冲系，维持血液pH的正常起主要作用。
• CO2溶于血液生成的H2CO3 ， 与HCO3- 达成平衡：
CO2(溶解)+H2O(l)
H2CO3(aq)
H+(aq) + HCO3-(aq)
• 正常人，[HCO3-]=24mmol·L-1 ，[CO2 (aq)] =1.2mmol·L-1。 37℃时，血浆中 I=0.16mol.kg-1，经校正后， pKa′ =6.10，
解 H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40。
过量H2Cit-与OH-反应：
H2Cit-(aq) + OH-(aq)
HCit2-(aq) + H2O(l)
剩余的H2Cit-与生成的HCit2-组成缓冲系
c(H2Cit-) = 0.025 mol·L-1
基础化学（第9版）
第四节 缓冲溶液的配制
基础化学（第9版）
（二）常用配制方法
1. 常用同浓度的共轭酸碱溶液配制。 2. 可采用过量弱酸（碱）与强碱（酸）反应，
如 HAc (过量) + NaOH ═ NaAc + H2O(l) 优点： HCl 和 NaOH 溶液为常备试剂，容易获得。 弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。 在pH计监控下，滴加强碱/酸校正。
第二节
缓冲溶液pH的计算
基础化学（第9版）
第二节 缓冲溶液pH的计算
一、缓冲溶液pH的近似计算公式
1. Henderson-Hasselbalch方程式
HB — B- 组成的缓冲溶液：
HB + H2O
4第四章 缓冲溶液
Ka
KW Kb
5.581010
pH
pK a
lg
[NH 3 ]
[NH
4
]
pK a
lg
n(NH 3 )
n(NH
4
)
pH＝9.17
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例题 “将NH3-NH4Cl缓冲溶液稀释一倍，溶
液中的[OH- ]减少到原来的1/2”，对吗？
答：错！
缓冲溶液pH的校正
自学
Logo
Logo
2. 生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜 0.05～0.2mol·L－1
3. 计算所需缓冲系各物质的量
4. 校正
Logo
例题 已知: H3PO4的各级酸常数是pKa1=2.12,
pKa2=7.21, pKa3=12.67。 问：欲配制pH = 7.40的缓冲溶液，应选择什么
作缓冲对？
解: ∵ pKa2=7.21最接近7.40
（三）缓冲容量和缓冲范围
缓冲容量是衡量缓冲溶液的缓冲能力的物理量。
定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变1（即pH=1） 时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量。
β Δn V ΔpH
（某一范围内的平均缓冲容量）
dna(b) （缓冲溶液的瞬时缓冲容量）
V dpH
讨论
恒大于零，单位： mol·L-1·pH-1
引言
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生物体液中都有各自相对稳定的PH值。比如， 血液PH=7.35-7.45。超过这个范围，就引起酸 碱中毒。
而生物自身代谢一些酸碱物质，如柠檬酸、乳 酸等，体外也需要引入酸碱物质。
但是体液的PH并不以这些酸碱性物质的摄入而 改变—体液的缓冲作用。
第四章 缓冲溶液.
−
]
×
[
[B− HB] +
] [B
−
]
×（[
HB]
+
[
B
−
]）
36
β＝2.303
1
+
[
B
1 −]
/[
HB]
×
[
[B− ] /[HB] B− ] /[HB] +
1
×
c总
＝2.303
([B− ] /[HB])c总 (1+ [B− ] /[HB])2
=
1] 2.0 ×10−3 − [H
+
]
解方程可得：
[H + ] = 6.7 ×10−4 mol / L
pH = 3.17
29
4.2.2 缓冲溶液pH计算式的校正
pH
=
pK a
+ lg
a[ B− ] a[ HB]
=
pK a
+ lg [B− ]⋅γ (B− ) [HB]⋅γ (HB)
体系中存在大量HAc和Ac－
9
在HAc~NaAc缓冲体系中加入少量强酸时：
HAc + H2O
H3O + + Ac－
平衡移动方向
+
外来H+
平衡移动结果：外来H+被消耗。溶液pH没有明
显降低
抗酸缓冲作用
10
在HAc~NaAc缓冲体系中加入少量强碱时：
HAc + H2O
Ac－ + H3O +
平衡移动结果：外来OH－被消耗。HAc 解离补充了
¾ 缓冲溶液加水稀释时，实际pH值有微小 改变（活度因子改变）。
922902-医用化学-第四章 缓冲溶液
3.有一由HAc-NaAc组成的缓冲溶液，若溶液 中c(HAc)＞c(NaAc)，则该缓冲溶液抵抗外 来酸的能力l的0.0015mol/L的MnSO4溶液中，加入 5ml的0.15mol/L氨水，能否生成Mn(OH)2沉淀？ 如在上述MnSO4溶液中先加入0.535g固体NH4Cl， 然后再加5ml的0.15mol/L氨水，是否还能生成 Mn(OH)2沉淀？
例：欲配制pH = 9.0的缓冲溶液 应选择NH3-NH4Cl体系, pKb = 4.74, pKa = 9.26
2.配制的缓冲溶液的总浓度要适当，总浓度太 低缓冲容量过小，总浓度太高，离子强度太大 或渗透压力过高而不适用也会造成试剂的浪费。 所以通常选用总浓度在0.05～0.2mol·L-1范围之 内。
3.计算所需缓冲系的量 通常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱。
医学上广泛使用的缓冲溶液的配方列于表4－5 和表4－6，以便参考。
例:欲配置250ml的pH＝5.00的缓冲溶液，应在 125ml浓度为1.0mol/L的NaAC溶液中加入浓度 为6.0mol/L的HAC和H2O各多少ml。
（已知：Ka=1.8×10－5）
第二节 缓冲溶液的pH计算
缓冲溶液pH值的计算（弱酸弱碱同离子效应） 弱酸及其共轭碱：[H+]=Kac酸/c共轭碱 弱碱及其共轭酸： [OH-]=Kbc碱/c共轭酸
例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.01mol的 HAc和0.03mol的NaAc，计算该缓冲溶液 的pH。已知Ka(HAc)=1.75×10-5。 [H+]=Kac酸/c共轭碱
已知：Mn(OH)2的KSP=410-14， NH4Cl的分子量=53.5，氨水的Kb=1.810-5
CO2（溶解）+H2O H2CO3 H+ + HCO3-
例：欲配制pH = 9.0的缓冲溶液 应选择NH3-NH4Cl体系, pKb = 4.74, pKa = 9.26
2.配制的缓冲溶液的总浓度要适当，总浓度太 低缓冲容量过小，总浓度太高，离子强度太大 或渗透压力过高而不适用也会造成试剂的浪费。 所以通常选用总浓度在0.05～0.2mol·L-1范围之 内。
3.计算所需缓冲系的量 通常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱。
医学上广泛使用的缓冲溶液的配方列于表4－5 和表4－6，以便参考。
例:欲配置250ml的pH＝5.00的缓冲溶液，应在 125ml浓度为1.0mol/L的NaAC溶液中加入浓度 为6.0mol/L的HAC和H2O各多少ml。
（已知：Ka=1.8×10－5）
第二节 缓冲溶液的pH计算
缓冲溶液pH值的计算（弱酸弱碱同离子效应） 弱酸及其共轭碱：[H+]=Kac酸/c共轭碱 弱碱及其共轭酸： [OH-]=Kbc碱/c共轭酸
例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.01mol的 HAc和0.03mol的NaAc，计算该缓冲溶液 的pH。已知Ka(HAc)=1.75×10-5。 [H+]=Kac酸/c共轭碱
已知：Mn(OH)2的KSP=410-14， NH4Cl的分子量=53.5，氨水的Kb=1.810-5
CO2（溶解）+H2O H2CO3 H+ + HCO3-
第四章 缓冲溶液
缓冲溶液pH值的计算
一、Henderson-Hasselbalch缓冲公式
缓冲对：HB-MB
HB + H2O Ka=
H3O++ B- (B-主要来自MB) [H3 O+]=Ka
[HB] [ B-]
[H3O+][ B-] [HB] O+]=
-lg[H3
[HB] -lgKa - lg [B]
[ B-] ∴pH = pKa+ lg [HB]
缓冲溶液的基本概念
OH-(外来）
HAc + H2O 抗碱组分 NaAc H3O++ Ac-
Na+ + Ac抗酸组分 HAc 抵抗H3O+的减少 ，起抗碱作用, 溶液pH值无显著（保持基本不变）。
结论：足够 浓度的抗酸组分和抗碱组分， 通过质子转移平衡的移动使缓冲溶液的 pH值保持基本不变。
第二节 缓冲溶液pH值的计算
均为等价 实用公式
缓冲比
缓冲溶液pH值的计算
pKa （HB的性质） ①缓冲溶液pH值取决于 cB-/ cHB（缓冲比） ②对于同一缓冲对组成不同浓度的缓冲液，其 pH值只取决于缓冲比（pKa值相同) 。 ③当缓冲比cB-/ cHB=1,即 cB-= cHB pH = pKa ④当缓冲液适当稀释时,缓冲比不变, pH 基本不 变 (但严格说,会产生稀释效应,pH值略有变化)
0.1molHAc 【实验4-2 】1L含 混合液pH=4.75 0.1molNaAc
加1mol.L-1HCI pH=4.66 △pH= -0.09 10ml 加1mol.L-1NaOH pH=4.84 △pH= 0.09 10ml · · · · · · 加1升纯水稀释 pH=4.75 结论:这类混合液能抵抗外来少量强酸强碱 或适当稀释的影响,保持pH值基本不改变。
基础化学 第四章 缓冲溶液(统)
一、缓冲溶液的配制
配制的一般步骤： 1.选择合适的缓冲对，使其弱酸的pKa与
所需溶液的pH值相等或相近。
2.因pKa与pH值不相等，调整c(共轭碱） / c(共轭酸）的比值，一般应控制在 0.1～10之间。
3.c总浓度宜在0.05～0.2mol/L之间。
1．弱酸（弱碱）及其共轭碱（共轭 酸）直接配制的计算
一般为了配制方便，常使用相同浓度的 弱酸及其共轭碱配制，此时缓冲比等于 体积比
例1.在500mL的氨水中加入多少克NH4Cl 可配制pH=9.30缓冲溶液1L？
已知:NH3的pKb =4.75 M(NH4Cl)=53.5mol·L-1
2．过量弱酸（弱碱）与强碱（强酸） 混合，配成缓冲溶液的计算
过量弱酸HB（弱碱B‾ ）与强碱（强 酸）混合反应后，剩余弱酸HB （弱 碱B‾ ）与反应产物B‾ （ HB ）组成 缓冲系，配成缓冲溶液。
1.弱酸及其共轭碱
例：HAc-NaAc、H2CO3-NaHCO3、 (CH2)6N4H+-(CH2)6N4 2.弱碱及其共轭酸
例： NH3 - NH4 + 、 Na2CO3 - Na2HCO3 NH2 CH2COO – - NH2 CH2COOH 3.两性物质
例： Na2HPO4 、 NaH2PO4 、
缓冲容量随溶液的pH值的变化而变化。
例3.将 0.20mol·L-1 HB溶液和0.20 mol·L-1 B –溶液以9:1、3:1及1:1的体积 比混合 ，计算各种情况下缓冲系的缓冲容 量。
二、影响缓冲容量的因素 缓冲溶液的总浓度和缓冲比
是影响缓冲容量的两个重要因素
1.缓冲溶液的总浓度对缓冲容量 的影响
c(B ) pH pKa lg c(HB)
配制的一般步骤： 1.选择合适的缓冲对，使其弱酸的pKa与
所需溶液的pH值相等或相近。
2.因pKa与pH值不相等，调整c(共轭碱） / c(共轭酸）的比值，一般应控制在 0.1～10之间。
3.c总浓度宜在0.05～0.2mol/L之间。
1．弱酸（弱碱）及其共轭碱（共轭 酸）直接配制的计算
一般为了配制方便，常使用相同浓度的 弱酸及其共轭碱配制，此时缓冲比等于 体积比
例1.在500mL的氨水中加入多少克NH4Cl 可配制pH=9.30缓冲溶液1L？
已知:NH3的pKb =4.75 M(NH4Cl)=53.5mol·L-1
2．过量弱酸（弱碱）与强碱（强酸） 混合，配成缓冲溶液的计算
过量弱酸HB（弱碱B‾ ）与强碱（强 酸）混合反应后，剩余弱酸HB （弱 碱B‾ ）与反应产物B‾ （ HB ）组成 缓冲系，配成缓冲溶液。
1.弱酸及其共轭碱
例：HAc-NaAc、H2CO3-NaHCO3、 (CH2)6N4H+-(CH2)6N4 2.弱碱及其共轭酸
例： NH3 - NH4 + 、 Na2CO3 - Na2HCO3 NH2 CH2COO – - NH2 CH2COOH 3.两性物质
例： Na2HPO4 、 NaH2PO4 、
缓冲容量随溶液的pH值的变化而变化。
例3.将 0.20mol·L-1 HB溶液和0.20 mol·L-1 B –溶液以9:1、3:1及1:1的体积 比混合 ，计算各种情况下缓冲系的缓冲容 量。
二、影响缓冲容量的因素 缓冲溶液的总浓度和缓冲比
是影响缓冲容量的两个重要因素
1.缓冲溶液的总浓度对缓冲容量 的影响
c(B ) pH pKa lg c(HB)
第四章 缓冲溶液(大纲)
第四章1 基本要求 [TOP]缓冲溶液1.1 掌握缓冲溶液的概念、组成和作用机制；影响缓冲溶液 pH 的因素、Henderson-Hasselbalch 方程 式及应用；缓冲容量的概念、影响因素及有关计算。
1.2 熟悉缓冲溶液的配制原则、方法和步骤；血液中的主要缓冲系及其在稳定血液 pH 过程中的作用。
1.3 了解 医学上常用的缓冲溶液的配方和标准缓冲溶液的组成。
2 重点难点 [TOP]2.1 重点 缓冲溶液的概念、组成和缓冲作用的机理；影响缓冲溶液 pH 的因素及缓冲溶液 pH 的计算；缓冲溶 液的配制原则、方法和步骤；缓冲容量的概念及缓冲容量的有关计算。
2.2 难点 缓冲容量的概念及缓冲容量的有关计算。
3 讲授学时 建议 4 学时 4 内容提要 [TOP] 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 [TOP]4.1 第一节 缓冲溶液及缓冲机制 4.1.1 缓冲溶液及其作用机制 能够抵抗外来少量强酸、强碱，或在一定范围内稀释时，保持溶液 pH 基本不变的溶液称为缓冲溶 液。
其对溶液 pH 的稳定作用称为缓冲作用。
以足量 HAc 和 Ac 组成的缓冲溶液为例，缓冲溶液中存在同离子效应： HAc(aq)+H2O(l)+ -H3O (aq) + Ac (aq)+-加入少量强碱（OH ）时，其接受 H3O 传递的质子，使平衡右移，溶液中大量存在的 HAc 解离以补充 被 OH 消耗掉的 H3O ，从而保持 pH 基本不变。
加入少量强酸（H3O ）时，大量存在的 Ac 接受其传递的质子生成 HAc， 使平衡左移，因而[H3O ]无 明显增加，保持 pH 基本不变。
4.1.2 缓冲溶液的组成 缓冲溶液一般由足够浓度、一定比例的共轭酸碱对组成。
组成共轭酸碱对的两种物质称为缓冲系或1+ + +缓冲对，其中共轭酸起到抗碱作用，称为抗碱成分；共轭碱起到抗酸作用，称为抗酸成分。
4.2 第二节 缓冲溶液的 pH [TOP]4.2.1 缓冲溶液 pH 的近似计算公式 （一）基本公式——Henderson-Hasselbalch 方程式 在 HB-B 组成的缓冲溶液中，HB 和 B 之间存在如下质子转移平衡 HB(aq) + H2O(l) 由平衡可得+ [H3O ]＝Ka × [ HB] [B− ] -H3O (aq) + B (aq)+-(4.1)− pH＝pKa + lg [B ] ＝pKa + lg [共轭碱][ HB][共轭酸](4.2) 此式即计算缓冲溶液 pH 的 Henderson—Hasselbalch 方程式。
基础化学 第04章 缓冲溶液
第四章缓冲溶液许多反应，往往都需要在一定的pH值条件下才能正常进行，例如，细菌培养、生物体内酶催化反应等。
当溶液的pH值不合适或反应过程中溶液的pH值有了较大改变时，都会影响反应的正常进行。
人体内的各种体液都具有一定的pH值范围，如正常人血液的pH值范围为7.35～7.45，如超出这个范围，就会出现不同程度的酸中毒或碱中毒症状，严重时可危及生命。
怎样才能使溶液（或体液）的pH值基本恒定，这是一个在化学上和医学上都同样重要的问题。
第一节缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液的缓冲作用和组成实验表明，分别在1L 0.10mol·L-1NaCl溶液和1L 含HAc和NaAc均为0.10mol的溶液中，加入0.010mol强酸（HCl）或0.010mol强碱（NaOH），NaCl 溶液的pH值发生了显著变化（改变了5个pH单位），而HAc和NaAc混合溶液的pH值改变很小（仅改变了不足0.1个pH单位）。
如用水稍加稀释时，HAc 和NaAc混合溶液的pH值随稀释而改变的幅度也很小。
这说明HAc和NaAc混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH值基本不变的能力。
我们把这种能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液（buffer solution）。
缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用（buffer action）。
较浓的强酸如HCl溶液或较浓的强碱如NaOH溶液，当加入少量强酸、强碱，其pH值基本保持不变，所以它们也具有缓冲作用。
但由于这类溶液的酸性或碱性太强，实用上很少当作缓冲溶液使用。
我们通常所说的缓冲溶液一般是由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成的。
例如：HAc-NaAc、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-Na2HPO4等。
在实际应用中，往往还可采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系，如：弱酸（过量）+ 强碱：HAc（过量）+ NaOH强酸+弱酸的共轭碱（过量）：HCl+NaAc（过量）实际上它们形成的仍然是共轭酸碱对的两种物质。
第四章 缓 冲 溶 液
4、温度对缓冲溶液的pH有影响。
例：在500mL0.200 mol·L1NH3·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
§4-3 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量(buffer capacity)的定义
dnab
缓 冲 溶 液
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
在 医 学
H2CO3 —— HCO3H2PO4- —— HPO42-
上 血浆蛋白——血浆蛋白盐
的 HHb(血红蛋白) ——KHb(血
意 义
红蛋白盐)
CO2(溶解) + H2O
H2CO3
大量
conjugate acid
第四章 缓 冲 溶 液 (Buffer Solution)
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。
一、缓冲机制
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： 0.05 ~ 0.20 mol ·L-1。 3、用Henderson-Hasselbalch方 程式计算所需缓冲系的量。4、校正。
二、缓冲溶液的配制方法：
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）
例：在500mL0.200 mol·L1NH3·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
§4-3 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量(buffer capacity)的定义
dnab
缓 冲 溶 液
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
在 医 学
H2CO3 —— HCO3H2PO4- —— HPO42-
上 血浆蛋白——血浆蛋白盐
的 HHb(血红蛋白) ——KHb(血
意 义
红蛋白盐)
CO2(溶解) + H2O
H2CO3
大量
conjugate acid
第四章 缓 冲 溶 液 (Buffer Solution)
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。
一、缓冲机制
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： 0.05 ~ 0.20 mol ·L-1。 3、用Henderson-Hasselbalch方 程式计算所需缓冲系的量。4、校正。
二、缓冲溶液的配制方法：
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）
医用基础化学第四章缓冲体系
2. 化合物溶液的组成成分就相当于一对缓冲对。 如硼砂溶液中，1mo1的硼砂相当于2mo1的偏 硼酸(HBO2)和2mo1的偏硼酸钠(NaBO2)。
Na2B4O7+H2O=2NaBO2+2HBO2 显然，在硼砂溶液中存有同浓度的HBO2(弱酸)和BO2(共轭碱)成分。
第五节 血液中的缓冲系
血浆中主要的缓冲对： 1. NaHCO3～ H2CO3 2. 蛋白质钠盐～蛋白质 3. Na2HPO4～NaH2PO4 碳酸缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大， 在 维持 血液 正常 pH 值 中 发挥 的 作用 最 重 要。
碳酸在溶液中主要是以溶解状态的 CO2 形式 存在。在CO2～ HCO3-缓冲系中存在如下平衡
CO2(g) + H2O H2CO3
Ka1(H2CO3)
H+ + HCO3-
肺
肾
血液中pKa1′(H2CO3)=6.10的原因： 1.体内温度未37℃而不是25 ℃。 2. 血浆离子强度为0.16molkg-1 所以血浆中的碳酸缓冲系pH值的计算方程式为 pH＝pKa1′(H2CO3)+lg ＝6.10+lg
1 [B ] 10 ＜ ＜ 10 [HB] 1
pKa-1＜pH＜pKa+1
-
即
pH=pKa±1
不同缓冲系，因各自弱酸的pKa值不同，所以 缓冲范围也各不相同。
第四节 缓冲溶液的配制 —、缓冲溶液的配制方法
（1）根据缓冲溶液的组成，可直接取适量浓度的共轭酸碱物质进 行配制 。 比如说：HAc－NaAc体系，直接加入适量的HAc和NaAc进行配制 （2）可用过量的弱酸和适量的强碱配制 比如：HAc－NaAc体系，可用过量的HAc和适量的NaOH配制， 二者先发生反应，反应结束后溶液中有NaAc，与剩余的HAc组成 缓冲溶液。 （3）可用过量的弱碱和适量的强酸配制 比如：NH3－NH4Cl 体系，可用过量的氨水和适量的盐酸溶液配 制，氨水和盐酸溶液反应生成NH4Cl，NH4Cl和溶液中剩余的氨 水组成缓冲溶液。
医用基础化学 第四章 缓冲溶液(临床)公开课课件
Conjugate base
pKa( at 25℃)
HAc
Ac-
4.76
H2CO3 - NaHCO3
H2CO3
HCO3-
6.35
H3PO4 - NaH2PO4
H3PO4
H2PO4-
2.16
Tris·HCl - Tris
Tris·H+
Tris
7.85
H2C8H4O4 - KHC8H4O4 NH4Cl - NH3
4.1.1The introduction of Buffer Solution and Buffer Process
纯水 （50ml）
0.100mol·L-1 HAc0.100mol·L-1 NaAc
溶液（50ml）
pH=7 pH‵=11
△ pH=4
△ pH=0.01
pH=4.74 pH‵=4.75
CH3NH3+Cl- - CH3NH2 NaH2PO4 - Na2HPO4
H2C8H4O4 HC8H4O4-
NH4+
NH3
CH3NH3+ CH3NH2
H2PO4-
HPO42-
2.89 9.25 10.63 7.21
Tris: Tris(Hydroxymethy)methanamin
NH2 HOH2C C CH2OH
CH2OH
Tris·HCl:
NH2H+.ClHOH2C C CH2OH
CH2OH
缓冲机制(Buffer process)
以HAc—Ac-缓冲系为例：
HAc + H2O
H3O+ + Ac-
当加入少量强酸时消耗掉外来的H3O+，质子转移平衡左移， 而溶液的pH保持基本不变。
4 基础化学 第四章 缓冲溶液 2011
缓冲溶液的配制
例
配制100 mL pH = 5.00 的缓冲溶液
解: HAc pKa＝4.76，接近缓冲溶液pH 5.00，选用 0.10 mol· L-1的HAc和0.10 mol· L-1 NaAc
pH ＝ p K a +lg
V ( Ac ) V ( HAc )
5.00 ＝ 4.76 + lg
9
β＝
d na ( b ) V dpH
影响缓冲容量的因素 [H+] Ka C总 β = ln10 ( [H+] + [OH-] + —————— ) ([H+]+ Ka)2 其中, C总 = [HB] + [B ]
10
影响缓冲容量的因素
影响缓冲容量的因素
HB酸性不很强, 又不很弱时, 忽略[H+]和[OH-] [H+] Ka β = 2.303————— C总 ([H+]+ Ka)2 + 2 分子分母同除以[H ] Ka / [H+] β = 2.303 —————— C总 (1+ Ka / [H+] )2 ∵ Ka = [H+] [B-] / [HB]，∴ Ka / [H+] = [B-] / [HB] ([B-] / [HB]) β = 2.303 ——————— C总 (1+ [B-] / [HB])2
0.024mol L
1 1
0.0012mol L
＝ 6.10 + lg
20 1
22
血液中的缓冲系
正常血浆中HCO3－ － CO2 (溶解) 缓冲系的缓冲比 为20∶1，已超出体外缓冲溶液缓冲范围 ( 缓冲比 10∶1～1∶10) ，该缓冲系的缓冲能力应该很小。而事 实上，在血液中它们的缓冲能力是很强的，因为肺和 肾参与了调节作用。 H2CO3 + OH+ H+ HCO3-
医用基础化学4缓冲溶液
第4章 缓冲溶液
单击此处添加副标题
Buffer Solution
汇报人姓名
4.1.1 缓冲溶液及其作用原理
1
实验
2
样品1，0.10 mol·L-1 NaCl溶液
3
样品2，含 HAc 和 NaAc 均为0.10 mol·L-1的
4
混合溶液
5
操作：加入强酸 HCl 至 0.010 mol·L-1
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β作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为
01
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。
02
4.3 缓冲容量
4.3 缓冲容量
4.3.2 影响缓冲容量的因素
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。
红细胞中：
H2b-Hb-(血红蛋白) H2bO2-HbO2-(氧合血红蛋白) H2CO3-HCO3- H2PO4--HPO42-
正常情况下，[HCO3-]与[CO2]溶解的比率为24mmol·L-1比1.2mmol·L-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， pH＝6.10 + lg
4.2 缓冲溶液pH的计算
讨论
4.2 缓冲溶液pH的计算
例 混合 20 mL 0.10 mol·L-1 的 H3PO4与 30 mL 0.10 mol·L-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
4.2 缓冲溶液pH的计算
02
解： 当V(HB):V(B-)=9:1时
第四章 缓冲溶液(Buffer Solution).
11 βmax 2.303 1 1 1 1 cbuffer 0.576cbuffer
Buffer effective range is from pKa-1 to pKa+1,that is,
pH=pKa-1 ~ pKa+1
Ⅳ How to prepare a Buffer
液，其中的抗酸成分是 HPO42- ，
抗碱成分是 H2PO4-，计算该缓冲溶
液pH的公式为
pH
pK a 2
lg
C(HPO 42 ) C(H2PO4 )
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）
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。
习 题 P67（4）（6）（9）
P68（15） Exercises： （6）（8）
· （Na2B4O7 10H2O） 0.01
7.413 9.180
-0.003 -0.008
在生理学和生物化学中，最常用 的缓冲系是Tris及Tris-HCl
三(羟甲基)甲胺 （Tris）
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
Buffer effective range is from pKa-1 to pKa+1,that is,
pH=pKa-1 ~ pKa+1
Ⅳ How to prepare a Buffer
液，其中的抗酸成分是 HPO42- ，
抗碱成分是 H2PO4-，计算该缓冲溶
液pH的公式为
pH
pK a 2
lg
C(HPO 42 ) C(H2PO4 )
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）
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。
习 题 P67（4）（6）（9）
P68（15） Exercises： （6）（8）
· （Na2B4O7 10H2O） 0.01
7.413 9.180
-0.003 -0.008
在生理学和生物化学中，最常用 的缓冲系是Tris及Tris-HCl
三(羟甲基)甲胺 （Tris）
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
医学基础化学-第4章缓冲溶液
03
这种能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其 pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液（buffer solution）。其抵抗作用称为缓冲作用（buffer action）。 缓冲溶液在化学和生物医学系统中占有重要地位。
思考：
按酸碱质子理论，什么样的溶液具有这种作用呢？
缓冲溶液的定义
缓冲溶液的组成
成人胃液 0.9 ~ 1.5 婴儿胃液 5.0 柠檬汁 2.4 醋 3.0 葡萄汁 3.2 橙汁 3.5 尿 4.8~8.4 唾液 6.5~7.5 牛奶 6.5 乳 汁 6.0 ~ 6.9 血液、脑脊液 7.35~7.45 眼泪 7.4 胰液 7.5 ~ 8.0 小肠液 ~ 7.6 大肠液 8.3 ~ 8.4
加HCl后
02
根据缓冲机制和平衡移动原理： pH = pKa + lg
pH =
当缓冲溶液中外加少量强酸时： 当缓冲溶液中外加少量强碱时：
pKa + lg
[共轭碱][酸]外加 [共轭酸]+[酸]外加 [共轭碱]+[碱]外加 [共轭酸][碱]外加
讨论：
上述计算缓冲溶液pH值的公式是否准确、严谨？计算值与pH计的实验测量值是否吻合？影响因素有哪些？
单位：mol • L–1 • pH–1
= 2.303 {[HB]/([HB]＋[B–])} {[B–]/([HB]＋[B–])} c总
二、影响缓冲容量的因素
缓冲比，即[B–] / [HB] ；
缓冲溶液的总浓度，即[B–] + [HB] 。
最大
1、缓冲比对缓冲容量的影响
当总浓度一定时：
cB–
两性物质
较浓的强酸或强碱
足够浓度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）。——本章主要介绍对象
这种能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其 pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液（buffer solution）。其抵抗作用称为缓冲作用（buffer action）。 缓冲溶液在化学和生物医学系统中占有重要地位。
思考：
按酸碱质子理论，什么样的溶液具有这种作用呢？
缓冲溶液的定义
缓冲溶液的组成
成人胃液 0.9 ~ 1.5 婴儿胃液 5.0 柠檬汁 2.4 醋 3.0 葡萄汁 3.2 橙汁 3.5 尿 4.8~8.4 唾液 6.5~7.5 牛奶 6.5 乳 汁 6.0 ~ 6.9 血液、脑脊液 7.35~7.45 眼泪 7.4 胰液 7.5 ~ 8.0 小肠液 ~ 7.6 大肠液 8.3 ~ 8.4
加HCl后
02
根据缓冲机制和平衡移动原理： pH = pKa + lg
pH =
当缓冲溶液中外加少量强酸时： 当缓冲溶液中外加少量强碱时：
pKa + lg
[共轭碱][酸]外加 [共轭酸]+[酸]外加 [共轭碱]+[碱]外加 [共轭酸][碱]外加
讨论：
上述计算缓冲溶液pH值的公式是否准确、严谨？计算值与pH计的实验测量值是否吻合？影响因素有哪些？
单位：mol • L–1 • pH–1
= 2.303 {[HB]/([HB]＋[B–])} {[B–]/([HB]＋[B–])} c总
二、影响缓冲容量的因素
缓冲比，即[B–] / [HB] ；
缓冲溶液的总浓度，即[B–] + [HB] 。
最大
1、缓冲比对缓冲容量的影响
当总浓度一定时：
cB–
两性物质
较浓的强酸或强碱
足够浓度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）。——本章主要介绍对象
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抗碱成分
_
H+
+ HCO3的意义
在人体内各种酶只有在一定pH值范围的体液
中才具有活性。在体外，细胞的培养、组织切
片和细菌的染色、血库中血液的冷藏和某些药
物配制成溶液，pH值也要保持恒定。碳酸氢盐 缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大，维 持血液正常pH值的作用也最重要。
二、人体正常pH值的维持
人体血液的pH值为7.35～7.45。血液的 主要缓冲系统存在如下平衡。 CO2(溶解)+H2O ⇌H2CO3 ⇌H++HCO3当[H+]增加时，抗酸成分HCO3-与它结 合使上述平衡向左移动，使[H+]不发生明显 改变。当[H+]减少时，上述平衡向右移动， 使[H+]不发生明显改变。
值基本不变的作用称为缓冲作用。
2. 缓冲溶液 具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。 例如CH3COOH－CH3COONa溶液。
弹簧是用来缓冲外力的；
缓冲溶液是缓冲pH值的。
缓冲溶液为什么具有抗酸和抗碱的作用？
二、缓冲溶液的组成和类型
1.缓冲溶液的组成：
缓冲溶液一般由两种化合物组成，分 别称为抗酸成分和抗碱成分。抗酸成分和抗 碱成分构成一个缓冲对，也可称为缓冲系。
谢谢！
THANK YOU！
兵 来 将 挡 水 来 土 掩
酸 来 碱 抗
碱 来 酸 抗
三、缓冲作用原理
OH—
CH3COOH
H+
CH3COO
—
抗碱成分
抗酸成分
人体中重要的缓冲对
●碳酸—碳酸氢盐
血液中浓度最高 缓冲能力最强 发挥作用最重要
●磷酸氢盐—磷酸二氢盐 ●蛋白质—蛋白质盐
碳酸-碳酸氢盐缓冲系
OH CO2 + H2O H2CO3
二、缓冲溶液的组成和类型 2. 缓冲溶液的类型 第一类 弱酸及其对应的盐
例如： CH3COOH－CH3COONa H2CO3 酸性 抗碱成分 － NaHCO3 碱性 抗酸成分
二、缓冲溶液的组成和类型
第二类 弱碱及其对应的盐
H 2O － 例如： NH3· 碱性 NH4Cl 酸性
抗酸成分
抗碱成分
三、缓冲作用原理
在红细胞内的缓冲对中，以血红蛋白(HHb)
和氧合血红蛋白 (HHbO2)最为重要，因为血液对
CO2的缓冲作用主要是靠它们实现的。
例如，正常人体代谢产生的CO2进入静脉血液
后，绝大部分与红细胞内的血红蛋白离子发生
反应产生的HCO3-由血液运送至肺，并与氧合血
红蛋白作用
总之，由于血液中多种缓冲系的缓冲作 用以及肺、肾的调节作用，正常人血液 的pH值才能以恒定，维持在7.35～7.45 之间。
缓 冲 溶 液
缓冲溶液
学习目标
1. 掌握缓冲溶液的定义；
2. 掌握缓冲溶液的组成和类型；
3. 缓冲溶液在医学中的意义
人体中常见体液的pH
体 液 血 液 成人胃液 唾 液 胰 液 小 肠 液 pH 7.35-7.45 0.9-1.5 6.35-6.85 7.5-8.0 7.6左右 pH<7.35 pH>7.45 体 液 大 肠 液 乳 汁 泪 液 尿 液 脑 脊 液 酸中毒 碱中毒 pH 8.3-8.4 6.6-6.9 7.4 4.8-7.5 7.35-7.45
探究实验 待测溶液
1
对 照组
pH试纸 颜色
pH pH值 变化
7 4 10 5 5 5 /
2 NaCl 溶液 3
4
加入2滴HCl溶液 加入2滴NaOH溶液
对 照
减小 增大
/
CH3COOH 5 CH3COONa 加入2滴HCl溶液 混合溶液 6 加入2滴NaOH溶液
基本 不变
一、 缓冲溶液的定义
1. 缓冲作用 像CH3COOH－CH3COONa混合溶液这样 能够对抗外来少量酸、少量碱而保持溶液pH
_
H+
+ HCO3的意义
在人体内各种酶只有在一定pH值范围的体液
中才具有活性。在体外，细胞的培养、组织切
片和细菌的染色、血库中血液的冷藏和某些药
物配制成溶液，pH值也要保持恒定。碳酸氢盐 缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大，维 持血液正常pH值的作用也最重要。
二、人体正常pH值的维持
人体血液的pH值为7.35～7.45。血液的 主要缓冲系统存在如下平衡。 CO2(溶解)+H2O ⇌H2CO3 ⇌H++HCO3当[H+]增加时，抗酸成分HCO3-与它结 合使上述平衡向左移动，使[H+]不发生明显 改变。当[H+]减少时，上述平衡向右移动， 使[H+]不发生明显改变。
值基本不变的作用称为缓冲作用。
2. 缓冲溶液 具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。 例如CH3COOH－CH3COONa溶液。
弹簧是用来缓冲外力的；
缓冲溶液是缓冲pH值的。
缓冲溶液为什么具有抗酸和抗碱的作用？
二、缓冲溶液的组成和类型
1.缓冲溶液的组成：
缓冲溶液一般由两种化合物组成，分 别称为抗酸成分和抗碱成分。抗酸成分和抗 碱成分构成一个缓冲对，也可称为缓冲系。
谢谢！
THANK YOU！
兵 来 将 挡 水 来 土 掩
酸 来 碱 抗
碱 来 酸 抗
三、缓冲作用原理
OH—
CH3COOH
H+
CH3COO
—
抗碱成分
抗酸成分
人体中重要的缓冲对
●碳酸—碳酸氢盐
血液中浓度最高 缓冲能力最强 发挥作用最重要
●磷酸氢盐—磷酸二氢盐 ●蛋白质—蛋白质盐
碳酸-碳酸氢盐缓冲系
OH CO2 + H2O H2CO3
二、缓冲溶液的组成和类型 2. 缓冲溶液的类型 第一类 弱酸及其对应的盐
例如： CH3COOH－CH3COONa H2CO3 酸性 抗碱成分 － NaHCO3 碱性 抗酸成分
二、缓冲溶液的组成和类型
第二类 弱碱及其对应的盐
H 2O － 例如： NH3· 碱性 NH4Cl 酸性
抗酸成分
抗碱成分
三、缓冲作用原理
在红细胞内的缓冲对中，以血红蛋白(HHb)
和氧合血红蛋白 (HHbO2)最为重要，因为血液对
CO2的缓冲作用主要是靠它们实现的。
例如，正常人体代谢产生的CO2进入静脉血液
后，绝大部分与红细胞内的血红蛋白离子发生
反应产生的HCO3-由血液运送至肺，并与氧合血
红蛋白作用
总之，由于血液中多种缓冲系的缓冲作 用以及肺、肾的调节作用，正常人血液 的pH值才能以恒定，维持在7.35～7.45 之间。
缓 冲 溶 液
缓冲溶液
学习目标
1. 掌握缓冲溶液的定义；
2. 掌握缓冲溶液的组成和类型；
3. 缓冲溶液在医学中的意义
人体中常见体液的pH
体 液 血 液 成人胃液 唾 液 胰 液 小 肠 液 pH 7.35-7.45 0.9-1.5 6.35-6.85 7.5-8.0 7.6左右 pH<7.35 pH>7.45 体 液 大 肠 液 乳 汁 泪 液 尿 液 脑 脊 液 酸中毒 碱中毒 pH 8.3-8.4 6.6-6.9 7.4 4.8-7.5 7.35-7.45
探究实验 待测溶液
1
对 照组
pH试纸 颜色
pH pH值 变化
7 4 10 5 5 5 /
2 NaCl 溶液 3
4
加入2滴HCl溶液 加入2滴NaOH溶液
对 照
减小 增大
/
CH3COOH 5 CH3COONa 加入2滴HCl溶液 混合溶液 6 加入2滴NaOH溶液
基本 不变
一、 缓冲溶液的定义
1. 缓冲作用 像CH3COOH－CH3COONa混合溶液这样 能够对抗外来少量酸、少量碱而保持溶液pH