医用基础化学04.ppt

第四章缓冲溶液 BufferSolution 学习内容 1 缓冲溶液及缓冲机制 缓冲溶液及其作用机制 缓冲溶液的组成2 缓冲溶液pH的计算 缓冲溶液pH的近似计算公式 缓冲溶液pH计算公式的校正3 缓冲容量和缓冲范围 缓冲容量 影响缓冲容量的因素及缓冲范围 学习内容 4 缓冲溶液的配制 常用缓冲溶液的配制方法 标准缓冲溶液5 血液中的缓冲系 学习要求 掌握缓冲溶液的概念 组成和缓冲机理 掌握影响缓冲溶液pH的因素 应用Henderson Hasselbalch方程式计算缓冲溶液的pH值 掌握缓冲容量的概念 影响因素及有关计算 熟悉配制缓冲溶液的原则和方法 了解医学上常用缓冲溶液配方和标准缓冲溶液 熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH过程中的作用 第一节缓冲溶液及缓冲机制 实验样品1 0 10mol L 1NaCl溶液样品2 含HAc和NaAc均为0 10mol L 1的混合溶液操作 滴加强酸HCl至c HCl 0 010mol L 1观察现象 pH的变化 第一节缓冲溶液及缓冲机制 0 10mol L 1NaCl溶液 NaCl溶液中加入HCl到0 010mol L 1 溶液的pH由7变为2 改变了5个pH单位 第一节缓冲溶液及缓冲机制 0 10mol L 1HAc 0 10mol L 1NaAc溶液 0 10mol L 1HAc 0 10mol L 1NaAc溶液溶液中加入HCl到0 010mol L 1 溶液的pH由4 75变为4 74 改变仅0 01pH单位 第一节缓冲溶液及缓冲机制 结论HAc NaAc混合溶液具有抵抗外来少量强酸 强碱而保持pH基本不变的能力 第一节缓冲溶液及缓冲机制 缓冲溶液及其作用机制缓冲溶液 buffersolution 能够抵抗外来少量强酸 强碱 或稍加稀释时可保持其pH基本不变的溶液 缓冲作用 bufferaction 缓冲溶液对强酸 强碱或稀释的抵抗作用 第一节缓冲溶液及缓冲机制 以HAc Ac 体系为例当加入少量强酸时 外来H 将质子传给Ac 质子转移平衡左移 溶液的pH保持基本不变 当加入少量强碱时 OH 接受H3O 传递的质子 质子转移平衡右移 补充消耗掉的H3O 离子 而溶液的pH保持基本不变 第一节缓冲溶液及缓冲机制 用质子转移平衡式表示加少量强酸 H3O Ac HAc H2O 大量 加少量强碱 H3O OH 2H2OHAc H2OAc H3O 大量 HAc OH Ac H2O 抗碱成分 抗酸成分 HAc Ac 示意图 第一节缓冲溶液及缓冲机制 第一节缓冲溶液及缓冲机制 结论 缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分 对抗的只是外来的少量强酸 强碱 通过弱酸解离平衡的移动 使溶液中H 离子或OH 离子浓度无明显的变化 因此具有缓冲作用 第一节缓冲溶液及缓冲机制 缓冲溶液的组成一般由具有足够浓度和一定比例的共轭酸碱对的两种物质组成 共轭酸称为抗碱成分 共轭碱称为抗酸成分 组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系 buffersystem 或缓冲对 bufferpair 共轭酸 共轭碱 HAcNH4ClH2PO4 NaAcNH3 H2OHPO42 抗酸成分 缓冲系 抗碱成分 组成示意图 第一节缓冲溶液及缓冲机制 第一节缓冲溶液及缓冲机制 常见的缓冲系 第一节缓冲溶液及缓冲机制 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 强碱强酸 弱碱 过量 优点 HCl和NaOH溶液常备试剂 容易获得 弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度 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 第二节缓冲溶液pH的计算 缓冲溶液pH值的近似计算公式 Henderson Hasselbalch方程式以HB代表弱酸 并与B 组成缓冲溶液 第二节缓冲溶液pH的计算 Henderson Hasselbalch方程式 第二节缓冲溶液pH的计算 Henderson Hasselbalch方程式的意义缓冲溶液的pH首先取决于pKapKa值一定 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 第二节缓冲溶液pH的计算 Henderson Hasselbalch方程式的应用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 第二节缓冲溶液pH的计算 由于c n V 所以 第二节缓冲溶液pH的计算 根据n cV 若取储备液c B c HB 第二节缓冲溶液pH的计算 例将20mL0 10mol L 1的H3PO4溶液与30mL0 10mol L 1的NaOH溶液混合 求所得缓冲溶液的pH 已知 pKa1 2 16 pKa2 7 21 pKa3 12 32 解 H3PO4 NaOHNa2HPO4 H2O反应前20 0 10mmol30 0 10mmol反应后1 0mmol1 0mmol Na2HPO4 NaOHNaH2PO4 H2O反应前2 0mmol1 0mmol反应后1 0mmol1 0mmol 第二节缓冲溶液pH的计算 缓冲溶液的稀释值缓冲溶液加水稀释时 c B 与c HB 的比值不变 pH的计算值也不变 但稀释会引起溶液离子强度的改变 使HB和B 的活度因子受到不同程度的影响 因此缓冲溶液的pH值也随之有微小的改变 第二节缓冲溶液pH的计算 因稀释而引起缓冲溶液pH值的变化用稀释值表示 当缓冲溶液的浓度为c时 加入等体积纯水稀释 稀释后与稀释前的pH值之差定义为稀释值 符号为 pH1 2稀释值 0 表明缓冲溶液的pH值随稀释而增加 稀释值 0 则表明缓冲溶液的pH值随稀释而减少 第二节缓冲溶液pH的计算 第三节缓冲容量和缓冲范围 一 缓冲容量当加入过量的强酸或强碱 缓冲溶液的pH将发生较大变化 失去缓冲能力 用缓冲容量 作为衡量缓冲能力大小的尺度 定义为 越大 说明缓冲溶液的缓冲能力越强 第三节缓冲容量和缓冲范围 二 影响缓冲容量的因素1 缓冲比的影响2 总浓度c总 HB B 的影响 第三节缓冲容量和缓冲范围 三 最大缓冲容量 max缓冲比越接近1 缓冲容量越大 缓冲比等于1时 有最大缓冲容量 第三节缓冲容量和缓冲范围 四 缓冲范围pH pKa 1变化范围称为缓冲范围 第三节缓冲容量和缓冲范围 缓冲容量与pH的关系 1 HCl 2 0 1mol L 1HAc NaOH 3 0 2mol L 1HAc NaOH 4 0 05mol L 1KH2PO4 NaOH 5 0 05mol L 1H2BO3 NaOH 6 NaOH 第三节缓冲容量和缓冲范围 例将0 20mol L 1HB溶液和0 20mol L 1B 溶液以9 1的体积比混合 计算缓冲系的缓冲容量 解 当V HB V B 9 1时c HB c B 第四节缓冲溶液的配制 一 配制方法1 选择合适的缓冲系 1 pH在pKa 1缓冲范围内并尽量接近弱酸pKa 2 缓冲系的物质必须对主反应无干扰 2 配制的缓冲溶液的总浓度要适当 一般总浓度0 05mol L 1 0 2mol L 1 3 计算所需缓冲系的量 根据Henderson Hasselbalch方程计算 4 校正 需在pH计监控下 对所配缓冲溶液的pH校正 第四节缓冲溶液的配制 例如何配制pH 5 00的缓冲溶液100mL 解 1 选择缓冲系 表4 1 由于HAc的pKa 4 76 接近所配缓冲溶液pH 5 00 所以可选用HAc Ac 缓冲系 2 确定总浓度 计算所需缓冲系的量一般具备中等缓冲能力 0 05 0 2mol L 1 即可 并考虑计算方便 选用0 10mol L 1的HAc和0 10mol L 1NaAc溶液 应用式 4 5 可得 第四节缓冲溶液的配制 设V NaAc xmL则 V NaAc xmL 64mLV HAc 100mL 64mL 36mL 第四节缓冲溶液的配制 例配制1LpH 10 0的NH3 NH4Cl缓冲溶液 已用去350mL15mol L 1氨水 问需氯化铵多少克 已知Kb NH3 1 8 10 5 M NH4Cl 53 5gmol 1解pKa 9 25m NH4Cl 50g 第四节缓冲溶液的配制 二 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稀释能力 用来校准pH计 第五节血液中的缓冲系 体液中存在多种生理缓冲系 使体液的pH保持基本稳定例如 血液的pH保持在7 35 7 45之间血浆中 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 第五节血液中的缓冲系 上述缓冲系中 碳酸缓冲系的浓度最高 在维持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要 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 CO2 H2O B H 第五节血液中的缓冲系 第五节血液中的缓冲系 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