医用化学-第3章 缓冲溶液
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13
[例3-3] 如何配制1L pH=7.40的缓冲溶液？ 解析： 选择缓冲系：为使缓冲容量尽可能大，应该选择弱 酸的pKa接近7.40的缓冲系。 查表可知：
PKa（H2PO4-）=7.21
pKa（T ris· HCl）=8.08
所以可选择 H3PO4-NaH2PO4 或 Tris· HCl-Tris 缓冲体系。
26
pH = pKa + lg
n( Na 2 HPO 4 ) n( NaH 2 PO 4 )
(0.10V2 0.025V1 )mmol = 7.21 + lg (0.050V1 0.10V2 )mmol
= 7.40
V1 2.5 V2
27
8 今有500mL总浓度0.200 mol· L-1、pH=4.50的 HAc-NaAc缓冲溶液，欲将pH调整到4.90， 需加NaOH多少克？ 调整后缓冲溶液的缓冲容量是多少？
Tris· H+ H2C8H4O4 NH4+ CH3NH3+
H2PO4—
Tris HC8H4O4— NH3 CH3NH2
2.16
7.85 2.943 9.25 10.66
NaH2PO4-Na2HPO4
Na2HPO4-Na3PO4
H2PO4—
HPO42—
HPO42—
PO43—
7.21
12.32
(2) 缓冲原理
解：缓冲系为NaH2PO4-Na2HPO4。
n(H3PO4) = 0.025 mol· L-1×V1 mL = 0.025V1 mmol n(NaOH) = 0.10 mol· L-1×V2 mL = 0.10V2 mmol
25
H3PO4 + NaOH 反应前 0.025V1mmol 0.10V2mmol
为配制方便，通常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱，此时缓 冲比等于共轭碱与共轭酸的体积比：
pH=pK a +lg
VBVHB
12
三、计算所需缓冲系的量
确定缓冲系后，根据亨德森—哈塞尔巴赫方程式计算缓冲溶
液各组分浓度的比值从而求得缓冲对的量或体积。
四、校正
原因： 按照根据亨德森—哈塞尔巴赫方程式的计算值配制 的缓冲溶液由于未考虑离子强度等因素的影响，计 算结果与实测值会有偏差。 在pH值要求精确地实验中，还需在酸度计的监控下加入强酸 （如HCl）或强碱(如NaOH)加以校正。使用酸度计测定溶液 pH时，必须用标准缓冲溶液校准。
28
加入固体NaOH mg：
0.070mol L-1 0.50L
4.90 = 4.76 + lg
mg 40g mol -1 mg -1 0.130mol L 0.50L 40g mol -1
解得：m = 0.92
在pH=4.90的缓冲溶液中： [HAc] = 0.130 mol· L-10.92g -1 40g mol 0.50L
解 查表得HAc的pKa= 4.76，在pH=4.50的缓冲溶液中：
-1 0.200mol L c(HAc) 4.50 = 4.76 + lg c(HAc)
解得 c（HAc）= 0.130mol· L-1 c（NaAc）= 0.200 mol· L-1-0.130 mol· L-1 = 0.070mol· L-1
15
注：Tris（三羟甲基氨基甲烷，氨基丁三醇，缓血酸 胺）的化学式为 (HOCH2)3CNH2 ，是一种弱碱，性 质稳定，易溶于体液且不会被体液中的钙盐沉淀，
对酶的活性几乎无影响；在25℃下，它的pKa=8.1，
接近于生理 pH， Tris 碱的水溶液 pH在 10.5 左右，一
般加盐酸调节pH值至所需值，即可获得该pH值的缓
8
解：
θ K (HLac) 8.4 ´ 10 a (1) K θ = = θ K a1 (H 2 CO3 ) 4.3´ 10
4 7
= 2.0? 103
（2）pHp Ka1 主要存在形式为 HCO3 —H2CO3
-
c(H 2 CO3 ) (3) pH = pK - lg c(HCO3 )
θ a1
（1）0.50 mol· L-1 NH3· H2O和0.10 mol· L-1NH4Cl各100 mL混合；
（2）0.10 mol· L-1 NaHCO3和0.10 mol· L-1 Na2CO3各100 mL混合；
解：（1）
pOH = pK - lg 0.1/ 2 =9.25 - lg 0.5 / 2 = 9.94
17
表3-4人体各种体液的pH范围 体液类型
血液 唾液 胃液 胰液 尿液 胆汁 十二指肠液 骨髓液 粪便
正常pH范围
7.35~7.45 6.50~7.50 1.00~3.00 8.00~8.30 4.70~8.40 7.10~8.50 4.20~8.20 7.30~7.50 4.60~8.40
18
10
(2)
所选缓冲系物质必须对主反应无干扰，无沉淀、配合
等副反应；对于医用缓冲系而言，还应无毒、具有一定热稳
定性、对酶稳定、能透过生物膜等。
如：硼酸-硼酸盐缓冲系有毒，不能作为培养细胞等生物医 学上的缓冲溶液。
11
二、配制缓冲溶液的总浓度要适宜
在实际工作中，一般使总浓度在0.05 mol· L-1～0.2 mol· L-1范围内。
2
缓冲系 HAc-NaAc H2CO3-NaHCO3
抗碱成分 HAc H2CO3
抗酸成分 Ac— HCO3—
PKa(25℃) 4.756 6.35
H3PO4-NaH2PO4
Tris· HCl-Tris H2C8H4O4-KHC8H4O4 NH4Cl-NH3 CH3NH3+Cl—-CH3NH2
H3PO4
冲溶液。由于Tris缓冲液特殊的性质，常被广泛用于
生理、生化研究中。
16
第五节 人体缓冲系
一、生物体内pH的重要性
血液的正常pH值是在7.35—7.45，如果血液pH值下降0.2， 给机体的输氧量就会减少69.4%，这将造成整个机体组织
缺氧；并且，当血液的pH值偏离正常范围，会造成酸中毒
(acidosis)或碱中毒(alkalosis)，二者皆是需要治疗的严重疾 病； 当血液的pH值围超过7.0~7.8，生命就不能继续维持。
1 ׃10)的范围，为什么还有很强的缓冲能力？
答:人体是一个“敞开系统”，既有物质的交换又有能量的 交换 ，当机体内 CO2(aq)或HCO3—的浓度改变时，通过
体内配备的维持碳酸氢盐缓冲系的生理结构作用，即通
过肺的呼吸作用将体内过量的CO2呼出体外，从而降低 血浆中H2CO3的浓度，过量的NaHCO3或过量的其他盐 可由肾脏排出体外。
7.4 = -lg(4.3? 10 )
-7
c(H 2 CO3 ) lg c(HCO3 )
c(H 2 CO3 ) + c(HCO3 ) = 0.028
c(H2CO3)=2.5 10-3 mol.L-1 ， c(HCO3-)=2.5 10-2 mol.L-1
9
第四节 缓冲溶液的配制
一、选择合适的缓冲系
确定总浓度（以Tris· HCl-Tris为例）： 根据要求具备中等缓冲能力，并且要使计算量尽可能 小，可以选用0.1 mol· L-1的Tris· HCl和0.1 mol· L-1的Tris 溶液配制
14
则
即将173 mL 0.1mol· L-1的Tris和827 mL 0.1 mol· L-1的Tris · HCl 溶液混合配制混合就可配制1 L pH=7.40的缓冲溶液；最后在 酸度计的监测下校正pH。
θ b
c碱 c共轭酸
(2)10.25
6
二、 缓冲pH范围
缓冲对的有效缓冲范围为：
pH =pKa±1 或 pOH =pKb±1
缓冲容量：
7
练习
血液中（ H2CO3—NaHCO3 ）缓冲对的功能之一是从细胞 组织中迅速地除去运动以后产生的乳酸（ HLac ），已知： Ka(HLac)=8.410-4, Ka1(H2CO3)=4.310-7, Ka2(H2CO3)=5.610-11, (1)计算HLac + HCO3- =H2CO3 + Lac- -的平衡常数。 (2)正常血液的pH=7.4，分析血液中H2CO3主要的存 在形态。 (3)若血液中碳酸的总浓度为2.8 10-2 mol∙L-1，计算血 液中c(H2CO3)和c(HCO3-)
(1) 所需配制的缓冲溶液的pH值在所选缓冲系的缓冲范围(pKa ± 1)之内，且尽量接近弱酸的pKa值，这样所配制的缓冲溶液 可有较大的缓冲容量。 如：配pH=5的缓冲溶液，
选用HAc-NaAc（HAc的pKa=4.75）较好； 配pH=10的缓冲溶液， 选用NH3· H2O-NH4Cl ( NH4+的pKa=9.25）较好。
Leabharlann Baidu22
例题：阿司匹林（乙酰水杨酸、以HAsp表示）以游离酸（未解离
的）形式从胃中吸收，若病人服用解酸药，调整胃容物的pH为2.95， 然后口服阿司匹林0.65g.假如阿司匹林立即溶解，且胃容物的pH不 变，问病人可以从胃中立即吸收的阿司匹林为多少克（乙酰水杨酸
的Mr=180.2、pKa=3.48）?
n(HAsp) 0.0028 mol
可吸收阿司匹林的质量=0.0028mol×180.2g· mol-1=0.50g
24
作业解析：
6 ) 用0.025 mol· L-1的H3PO4和0.10 mol· L-1的 NaOH，配制pH=7.40的缓冲溶液100 mL， 求所需H3PO4和NaOH的体积比。
19
碳酸缓冲系的浓度最高，缓冲能力最强，在维持血液pH的 正常范围中有着极为重要的作用，其组成为溶解状态的 CO2和HCO3—，
CO2溶解在离子强度为0.16mol/kg的血浆中，体温为37℃时， pKa（H2CO3）为6.10，所以：
20
血浆中[HCO3—]和[CO2(aq)]分别为0.024 mol/L和0.0012
*同离子效应
*缓冲溶液应具备的条件
（大量的抗酸物质和抗碱物质共存）
4
第二节
缓冲溶液pH的计算
一、缓冲溶液pH计算
c酸 pH = pK - lg
θ a
c碱
cθ cθ
弱酸及其共轭碱
pOH = pK - lg
θ b
c碱 c共轭酸
弱碱及其共轭酸
亨德森—哈塞尔巴赫方程式
5
[例3-1] 计算下列缓冲溶液的PH
NaH2PO4 + H2O
反应后 (0.10V2-0.025V1) mmol 0.025V1mmol NaH2PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2O 起始 0.025V1mmol (0.10V2-0.025V1) mmol 平衡时 [0.025V1-(0.10V2-0.025V1)]mmol (0.10V2-0.025V1) mmol
mol/L,所以：
pH=6.10+lg(20/1)
在人体内，HCO3— 是血浆中含量最高的抗酸成分，主要用 于缓冲固定酸，一定程度上代表血浆对固定酸的缓冲能力，
故习惯上将血浆中的HCO3—称为碱储或碱储备。
21
[例3-4]人体内正常血浆中HCO3—- CO2(aq)缓冲系的缓冲比为
20 ׃1，已超出前面讨论的体外缓冲溶液有效缓冲比(即10 ׃1～
解：
n(Asp ) n(Asp ) pH pK a lg 3.50 lg 2.95 n(HAsp) n(HAsp)
得
n(Asp ) 0.28 n(HAsp)
又
0.65g n(Asp ) n(HAsp) 0.0036mol -1 180.2g mol
23
人体内缓冲系主要有：
血浆中：H2CO3-HCO3—、H2PO4—-HPO42—、HnP-Hn-1P—（HnP 代表蛋白质）
红 细 胞 中 ： H2b-Hb—( H2b 代 表 血 红 蛋 白 ) 、 H2bO2-HbO2— （ H2bO2 代 表 氧 合 血 红 蛋 白 ） 、 H2CO3-HCO3— 、 H2PO4—HPO42—
= 0.084mol· L-1
29
[Ac-]
= 0.070
mol· L-1＋
0.92g 40g mol -1 0.50L
= 0.116mol· L-1
缓冲容量为：
第三章
第一节
一、 缓冲溶液
缓冲溶液
缓冲溶液与缓冲原理
(1)定义：能够抵抗少量强酸、强碱的作用和适量水的稀释， 而溶液的酸度不发生显著变化的溶液叫缓冲溶液 常见的缓冲系统： 弱酸及其共轭碱 弱碱及其共轭酸 共轭酸碱对
H2CO3-NaHCO3、NaH2PO4-Na2HPO4
HAc -Ac-
NH4+-NH3
[例3-3] 如何配制1L pH=7.40的缓冲溶液？ 解析： 选择缓冲系：为使缓冲容量尽可能大，应该选择弱 酸的pKa接近7.40的缓冲系。 查表可知：
PKa（H2PO4-）=7.21
pKa（T ris· HCl）=8.08
所以可选择 H3PO4-NaH2PO4 或 Tris· HCl-Tris 缓冲体系。
26
pH = pKa + lg
n( Na 2 HPO 4 ) n( NaH 2 PO 4 )
(0.10V2 0.025V1 )mmol = 7.21 + lg (0.050V1 0.10V2 )mmol
= 7.40
V1 2.5 V2
27
8 今有500mL总浓度0.200 mol· L-1、pH=4.50的 HAc-NaAc缓冲溶液，欲将pH调整到4.90， 需加NaOH多少克？ 调整后缓冲溶液的缓冲容量是多少？
Tris· H+ H2C8H4O4 NH4+ CH3NH3+
H2PO4—
Tris HC8H4O4— NH3 CH3NH2
2.16
7.85 2.943 9.25 10.66
NaH2PO4-Na2HPO4
Na2HPO4-Na3PO4
H2PO4—
HPO42—
HPO42—
PO43—
7.21
12.32
(2) 缓冲原理
解：缓冲系为NaH2PO4-Na2HPO4。
n(H3PO4) = 0.025 mol· L-1×V1 mL = 0.025V1 mmol n(NaOH) = 0.10 mol· L-1×V2 mL = 0.10V2 mmol
25
H3PO4 + NaOH 反应前 0.025V1mmol 0.10V2mmol
为配制方便，通常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱，此时缓 冲比等于共轭碱与共轭酸的体积比：
pH=pK a +lg
VBVHB
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三、计算所需缓冲系的量
确定缓冲系后，根据亨德森—哈塞尔巴赫方程式计算缓冲溶
液各组分浓度的比值从而求得缓冲对的量或体积。
四、校正
原因： 按照根据亨德森—哈塞尔巴赫方程式的计算值配制 的缓冲溶液由于未考虑离子强度等因素的影响，计 算结果与实测值会有偏差。 在pH值要求精确地实验中，还需在酸度计的监控下加入强酸 （如HCl）或强碱(如NaOH)加以校正。使用酸度计测定溶液 pH时，必须用标准缓冲溶液校准。
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加入固体NaOH mg：
0.070mol L-1 0.50L
4.90 = 4.76 + lg
mg 40g mol -1 mg -1 0.130mol L 0.50L 40g mol -1
解得：m = 0.92
在pH=4.90的缓冲溶液中： [HAc] = 0.130 mol· L-10.92g -1 40g mol 0.50L
解 查表得HAc的pKa= 4.76，在pH=4.50的缓冲溶液中：
-1 0.200mol L c(HAc) 4.50 = 4.76 + lg c(HAc)
解得 c（HAc）= 0.130mol· L-1 c（NaAc）= 0.200 mol· L-1-0.130 mol· L-1 = 0.070mol· L-1
15
注：Tris（三羟甲基氨基甲烷，氨基丁三醇，缓血酸 胺）的化学式为 (HOCH2)3CNH2 ，是一种弱碱，性 质稳定，易溶于体液且不会被体液中的钙盐沉淀，
对酶的活性几乎无影响；在25℃下，它的pKa=8.1，
接近于生理 pH， Tris 碱的水溶液 pH在 10.5 左右，一
般加盐酸调节pH值至所需值，即可获得该pH值的缓
8
解：
θ K (HLac) 8.4 ´ 10 a (1) K θ = = θ K a1 (H 2 CO3 ) 4.3´ 10
4 7
= 2.0? 103
（2）pHp Ka1 主要存在形式为 HCO3 —H2CO3
-
c(H 2 CO3 ) (3) pH = pK - lg c(HCO3 )
θ a1
（1）0.50 mol· L-1 NH3· H2O和0.10 mol· L-1NH4Cl各100 mL混合；
（2）0.10 mol· L-1 NaHCO3和0.10 mol· L-1 Na2CO3各100 mL混合；
解：（1）
pOH = pK - lg 0.1/ 2 =9.25 - lg 0.5 / 2 = 9.94
17
表3-4人体各种体液的pH范围 体液类型
血液 唾液 胃液 胰液 尿液 胆汁 十二指肠液 骨髓液 粪便
正常pH范围
7.35~7.45 6.50~7.50 1.00~3.00 8.00~8.30 4.70~8.40 7.10~8.50 4.20~8.20 7.30~7.50 4.60~8.40
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(2)
所选缓冲系物质必须对主反应无干扰，无沉淀、配合
等副反应；对于医用缓冲系而言，还应无毒、具有一定热稳
定性、对酶稳定、能透过生物膜等。
如：硼酸-硼酸盐缓冲系有毒，不能作为培养细胞等生物医 学上的缓冲溶液。
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二、配制缓冲溶液的总浓度要适宜
在实际工作中，一般使总浓度在0.05 mol· L-1～0.2 mol· L-1范围内。
2
缓冲系 HAc-NaAc H2CO3-NaHCO3
抗碱成分 HAc H2CO3
抗酸成分 Ac— HCO3—
PKa(25℃) 4.756 6.35
H3PO4-NaH2PO4
Tris· HCl-Tris H2C8H4O4-KHC8H4O4 NH4Cl-NH3 CH3NH3+Cl—-CH3NH2
H3PO4
冲溶液。由于Tris缓冲液特殊的性质，常被广泛用于
生理、生化研究中。
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第五节 人体缓冲系
一、生物体内pH的重要性
血液的正常pH值是在7.35—7.45，如果血液pH值下降0.2， 给机体的输氧量就会减少69.4%，这将造成整个机体组织
缺氧；并且，当血液的pH值偏离正常范围，会造成酸中毒
(acidosis)或碱中毒(alkalosis)，二者皆是需要治疗的严重疾 病； 当血液的pH值围超过7.0~7.8，生命就不能继续维持。
1 ׃10)的范围，为什么还有很强的缓冲能力？
答:人体是一个“敞开系统”，既有物质的交换又有能量的 交换 ，当机体内 CO2(aq)或HCO3—的浓度改变时，通过
体内配备的维持碳酸氢盐缓冲系的生理结构作用，即通
过肺的呼吸作用将体内过量的CO2呼出体外，从而降低 血浆中H2CO3的浓度，过量的NaHCO3或过量的其他盐 可由肾脏排出体外。
7.4 = -lg(4.3? 10 )
-7
c(H 2 CO3 ) lg c(HCO3 )
c(H 2 CO3 ) + c(HCO3 ) = 0.028
c(H2CO3)=2.5 10-3 mol.L-1 ， c(HCO3-)=2.5 10-2 mol.L-1
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第四节 缓冲溶液的配制
一、选择合适的缓冲系
确定总浓度（以Tris· HCl-Tris为例）： 根据要求具备中等缓冲能力，并且要使计算量尽可能 小，可以选用0.1 mol· L-1的Tris· HCl和0.1 mol· L-1的Tris 溶液配制
14
则
即将173 mL 0.1mol· L-1的Tris和827 mL 0.1 mol· L-1的Tris · HCl 溶液混合配制混合就可配制1 L pH=7.40的缓冲溶液；最后在 酸度计的监测下校正pH。
θ b
c碱 c共轭酸
(2)10.25
6
二、 缓冲pH范围
缓冲对的有效缓冲范围为：
pH =pKa±1 或 pOH =pKb±1
缓冲容量：
7
练习
血液中（ H2CO3—NaHCO3 ）缓冲对的功能之一是从细胞 组织中迅速地除去运动以后产生的乳酸（ HLac ），已知： Ka(HLac)=8.410-4, Ka1(H2CO3)=4.310-7, Ka2(H2CO3)=5.610-11, (1)计算HLac + HCO3- =H2CO3 + Lac- -的平衡常数。 (2)正常血液的pH=7.4，分析血液中H2CO3主要的存 在形态。 (3)若血液中碳酸的总浓度为2.8 10-2 mol∙L-1，计算血 液中c(H2CO3)和c(HCO3-)
(1) 所需配制的缓冲溶液的pH值在所选缓冲系的缓冲范围(pKa ± 1)之内，且尽量接近弱酸的pKa值，这样所配制的缓冲溶液 可有较大的缓冲容量。 如：配pH=5的缓冲溶液，
选用HAc-NaAc（HAc的pKa=4.75）较好； 配pH=10的缓冲溶液， 选用NH3· H2O-NH4Cl ( NH4+的pKa=9.25）较好。
Leabharlann Baidu22
例题：阿司匹林（乙酰水杨酸、以HAsp表示）以游离酸（未解离
的）形式从胃中吸收，若病人服用解酸药，调整胃容物的pH为2.95， 然后口服阿司匹林0.65g.假如阿司匹林立即溶解，且胃容物的pH不 变，问病人可以从胃中立即吸收的阿司匹林为多少克（乙酰水杨酸
的Mr=180.2、pKa=3.48）?
n(HAsp) 0.0028 mol
可吸收阿司匹林的质量=0.0028mol×180.2g· mol-1=0.50g
24
作业解析：
6 ) 用0.025 mol· L-1的H3PO4和0.10 mol· L-1的 NaOH，配制pH=7.40的缓冲溶液100 mL， 求所需H3PO4和NaOH的体积比。
19
碳酸缓冲系的浓度最高，缓冲能力最强，在维持血液pH的 正常范围中有着极为重要的作用，其组成为溶解状态的 CO2和HCO3—，
CO2溶解在离子强度为0.16mol/kg的血浆中，体温为37℃时， pKa（H2CO3）为6.10，所以：
20
血浆中[HCO3—]和[CO2(aq)]分别为0.024 mol/L和0.0012
*同离子效应
*缓冲溶液应具备的条件
（大量的抗酸物质和抗碱物质共存）
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第二节
缓冲溶液pH的计算
一、缓冲溶液pH计算
c酸 pH = pK - lg
θ a
c碱
cθ cθ
弱酸及其共轭碱
pOH = pK - lg
θ b
c碱 c共轭酸
弱碱及其共轭酸
亨德森—哈塞尔巴赫方程式
5
[例3-1] 计算下列缓冲溶液的PH
NaH2PO4 + H2O
反应后 (0.10V2-0.025V1) mmol 0.025V1mmol NaH2PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2O 起始 0.025V1mmol (0.10V2-0.025V1) mmol 平衡时 [0.025V1-(0.10V2-0.025V1)]mmol (0.10V2-0.025V1) mmol
mol/L,所以：
pH=6.10+lg(20/1)
在人体内，HCO3— 是血浆中含量最高的抗酸成分，主要用 于缓冲固定酸，一定程度上代表血浆对固定酸的缓冲能力，
故习惯上将血浆中的HCO3—称为碱储或碱储备。
21
[例3-4]人体内正常血浆中HCO3—- CO2(aq)缓冲系的缓冲比为
20 ׃1，已超出前面讨论的体外缓冲溶液有效缓冲比(即10 ׃1～
解：
n(Asp ) n(Asp ) pH pK a lg 3.50 lg 2.95 n(HAsp) n(HAsp)
得
n(Asp ) 0.28 n(HAsp)
又
0.65g n(Asp ) n(HAsp) 0.0036mol -1 180.2g mol
23
人体内缓冲系主要有：
血浆中：H2CO3-HCO3—、H2PO4—-HPO42—、HnP-Hn-1P—（HnP 代表蛋白质）
红 细 胞 中 ： H2b-Hb—( H2b 代 表 血 红 蛋 白 ) 、 H2bO2-HbO2— （ H2bO2 代 表 氧 合 血 红 蛋 白 ） 、 H2CO3-HCO3— 、 H2PO4—HPO42—
= 0.084mol· L-1
29
[Ac-]
= 0.070
mol· L-1＋
0.92g 40g mol -1 0.50L
= 0.116mol· L-1
缓冲容量为：
第三章
第一节
一、 缓冲溶液
缓冲溶液
缓冲溶液与缓冲原理
(1)定义：能够抵抗少量强酸、强碱的作用和适量水的稀释， 而溶液的酸度不发生显著变化的溶液叫缓冲溶液 常见的缓冲系统： 弱酸及其共轭碱 弱碱及其共轭酸 共轭酸碱对
H2CO3-NaHCO3、NaH2PO4-Na2HPO4
HAc -Ac-
NH4+-NH3