醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系培訓(xùn)課件

醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系二、緩沖機(jī)制

HAc+H2OAc-+H3O+

NaAc─→Ac-+Na+HAc－Ac-

緩沖系中的共軛堿發(fā)揮抵抗外來(lái)強(qiáng)酸的作用，故稱為緩沖溶液的抗酸成分（Ac-）

。緩沖系中的共軛酸發(fā)揮抵抗外來(lái)強(qiáng)堿的作用，故稱為緩沖溶液的抗堿成分（HAc)

。

2醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系

總之，由于緩沖溶液中同時(shí)含有較大量的抗堿成分和抗酸成分，它們通過(guò)弱酸質(zhì)子傳遞平衡的移動(dòng)，消耗抗堿成分和抗酸成分抵抗外來(lái)的少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，使溶液H3O+或OH-濃度沒(méi)有明顯的變化。3醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系

第二節(jié)

緩沖溶液的pH值一、緩沖溶液pH的近似計(jì)算公式以HB代表弱酸，NaB代表其弱酸鹽，兩者組成緩沖溶液。溶液中HB和H2O建立質(zhì)子傳遞平衡HB+H2OH3O++B-NaB─→Na++B-4醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系[B-]與[HB]的比值稱為緩沖比，[B-]與[HB]之和稱為緩沖溶液的總濃度。

上式稱為Henderson—Hasselbalch方程式5醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系HB的初始濃度為c(HB)，NaB的初始濃度為c(NaB)，其已解離部分的濃度為c’(HB)，則HB和B-的平衡濃度分別為[HB]＝c(HB)-c′(HB)≈c(HB)[B-]＝c(NaB)+c′(HB)≈c(NaB)6醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系此公式適用于混合后的緩沖溶液的pH計(jì)算。酸堿混合前后均可。7醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系如使用相同濃度的弱酸及其共軛堿來(lái)配制緩沖溶液，即c(HB)＝c(NaB)，分別量取V(B-)體積的NaB和V(HB)體積的HB混合，則此式適用于混合前，且時(shí)c(HB)＝c(NaB)的情況。

8醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系

Henderson—Hasselbalch方程式

原始公式第一種表達(dá)形式第二種表達(dá)形式第三種表達(dá)形式緩沖溶液pH值的計(jì)算公式1.pH值取決于Ka及緩沖比，而且與溫度有關(guān)2.同一緩沖系,pKa值一定。改變緩沖比，則pH值不同，當(dāng)緩沖比＝1時(shí),pH=pKa3.解釋了緩沖溶液抗稀釋的原因，加水稀釋時(shí),物質(zhì)量比不變。但大量稀釋時(shí)，會(huì)引起溶液離子強(qiáng)度的改變，使HB和B-的活度因子受到不同程度的影響，緩沖溶液的pH值將會(huì)有極小的變化。9醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系例4-1計(jì)算50ml0.200mol·L-1NH3

.H2O中，加入4.78gNH4Cl固體，配制1升緩沖溶液，求此緩沖溶液的pH值。解此混合溶液的緩沖系為NH4+—NH3,查表知pKa(NH4+)＝9.25

pH＝pKa+lg10醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量緩沖容量(buffercapacity)β：?jiǎn)挝惑w積緩沖溶液的pH值改變1（即pH=1）時(shí)，所需加入一元強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的物質(zhì)的量。

β

=

β的單位為mol?L-1?pH-1

緩沖容量作為緩沖能力大小的尺度。β越大，緩沖能力越強(qiáng)；β

越小，緩沖能力越弱。11醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系二、影響緩沖容量的因素

總濃度和緩沖比是影響緩沖容量的兩個(gè)重要因素可導(dǎo)出緩沖容量與緩沖溶液的總濃度c總=[HB]+[B-]及[B-]、[HB]的關(guān)系

β==2.303×[HB][B-]/c總12醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系將式(4.8)右邊分子、分母同乘c總＝[HB]+[B-]，得：

13醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系

14醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系表明緩沖容量β與緩沖比、緩沖系的總濃度c總＝[HB]+[B-]有關(guān)，圖4-1表現(xiàn)了緩沖容量隨緩沖系總濃度、緩沖比及pH的變化而改變。15醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系(1)0.05mol·L-1HCl(2)0.1mol·L-1HAc+NaOH(3)0.2mol·L-1HAc+NaOH(4)0.05mol·L-1KH2PO4+NaOH(5)0.05mol·L-1H3BO3+NaOH(6)0.02mol·L-1NaOH緩沖溶液總濃度和緩沖比是影響緩沖容量的兩個(gè)重要因素（1）緩沖比一定時(shí)，總濃度越大，緩沖容量越大（2）當(dāng)c總一定時(shí),緩沖比越偏離1時(shí)，β越小；當(dāng)緩沖比＝1時(shí)，β最大16醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系總濃度一定時(shí)，緩沖比為1時(shí),緩沖容量最大。

17醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系三、緩沖范圍當(dāng)緩沖溶液的總濃度一定時(shí)，緩沖比愈接近1，緩沖容量愈大；緩沖比愈遠(yuǎn)離1時(shí)，緩沖容量愈小。當(dāng)緩沖比大于10∶1(即pH＞pKa+1)或小于1∶10(即pHpKa-1)時(shí)，可認(rèn)為緩沖溶液已基本失去緩沖能力。緩沖比在下列區(qū)間所對(duì)應(yīng)的范圍稱為緩沖溶液的有效緩沖范圍(buffereffectiverange)。pKa-1＜pH＜pKa+118醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系即pH=pKa±1不同緩沖系，因各自弱酸的pKa值不同，所以緩沖范圍也各不相同。19醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系第四節(jié)緩沖溶液的配制

—、緩沖溶液的配制方法（1）根據(jù)緩沖溶液的組成，可直接取適量濃度的共軛酸堿物質(zhì)進(jìn)行配制。比如說(shuō)：HAc－NaAc體系，直接加入適量的HAc和NaAc進(jìn)行配制（2）可用過(guò)量的弱酸和適量的強(qiáng)堿配制比如：HAc－NaAc體系，可用過(guò)量的HAc和適量的NaOH配制，二者先發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后溶液中有NaAc，與剩余的HAc組成緩沖溶液。（3）可用過(guò)量的弱堿和適量的強(qiáng)酸配制

比如：NH3－NH4Cl體系，可用過(guò)量的氨水和適量的鹽酸溶液配制，氨水和鹽酸溶液反應(yīng)生成NH4Cl，NH4Cl和溶液中剩余的氨水組成緩沖溶液。20醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系二緩沖溶液配制的原則和步驟

1.選擇合適的緩沖系：一方面：使所需配制的緩沖溶液的pH值在所選緩沖系的緩沖范圍(pKa±1)之內(nèi)，并盡量接近弱酸的pKa值，這樣所配制的緩沖溶液可有較大的緩沖容量。

另一方面：所選緩沖系物質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定、無(wú)毒，不能與溶液中的反應(yīng)物或生成物發(fā)生作用。

21醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系二、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液溶液濃度(molL-1)pH(25℃)pH(30℃)pH(35℃)酒石酸氫鉀(KHC4H4O6)飽和3.563.553.55鄰苯二甲酸氫鉀(KHC8H4O4)0.054.014.014.02磷酸鹽KH2PO4-Na2HPO40.025-0.0256.866.856.84硼砂(Na2B4O7·10H2O)0.019.189.149.1023醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系單一化合物能配制成緩沖溶液的原因：1.是由于化合物溶于水解離出大量的兩性離子致。如酒石酸氫鉀溶于水完全解離生成HC4H4O6-和K+，而HC4H4O6-是兩性離子。HC4H4O6-在溶液中同時(shí)存在接受質(zhì)子和給出質(zhì)子的平衡。HC4H4O6-+H+H2C4H4O6HC4H4O6-C4H4O62-+H+

形成兩個(gè)緩沖系H2C4H4O6—HC4H4O6-pKa1=2.98HC4H4O6-—C4H4O62-pKa2=4.30它們的緩沖范圍重疊，增強(qiáng)了緩沖能力

24醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系2.化合物溶液的組成成分就相當(dāng)于一對(duì)緩沖對(duì)。如硼砂溶液中，1mo1的硼砂相當(dāng)于2mo1的偏硼酸(HBO2)和2mo1的偏硼酸鈉(NaBO2)。Na2B4O7+H2O=2NaBO2+2HBO2顯然，在硼砂溶液中存有同濃度的HBO2(弱酸)和BO2-(共軛堿)成分。25醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系

第五節(jié)血液中的緩沖系血漿中主要的緩沖對(duì)：1.NaHCO3～H2CO32.蛋白質(zhì)鈉鹽～蛋白質(zhì)3.Na2HPO4～NaH2PO4碳酸緩沖系在血液中濃度最高，緩沖能力最大，在維持血液正常pH值中發(fā)揮的作用最重要。26醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系碳酸在溶液中主要是以溶解狀態(tài)的CO2形式存在。在CO2～HCO3-緩沖系中存在如下平衡27醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系

血液中pKa1′(H2CO3)=6.10的原因：

1.體內(nèi)溫度未37℃而不是25℃。2.血漿離子強(qiáng)度為0.16molkg-1所以血漿中的碳酸緩沖系pH值的計(jì)算方程式為

pH＝pKa1′(H2CO3)+lg

＝6.10+lg

28醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系正常人血漿中[HCO3-]和[CO2(aq)]濃度分別為0.024mol·L-1和0.0012mol·L-1，可得到血液的正常pH值為

pH＝6.10+lg

＝6.10+lg

＝7.4029醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系正常人血漿的pH值約為7.35—7.45pH＞7.45，堿中毒pH＜7.35,酸中毒在體內(nèi)，HCO3-是血漿中含量最多的抗酸成分，在一定程度上可以代表血漿對(duì)體內(nèi)所產(chǎn)生非揮發(fā)性酸的緩沖能力，所以將血漿中的HCO3-稱為堿儲(chǔ)。30醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系人體內(nèi)正常血漿中HCO3--CO2(aq)緩沖系的緩沖比為201?

，已超出前面討論的體外緩沖溶液有效緩沖比(即101?

～110?)的范圍，為什么還有很強(qiáng)的緩沖能力？人體是一個(gè)“敞開(kāi)系統(tǒng)”，既有物質(zhì)的交換又有能量的交換，當(dāng)機(jī)體內(nèi)CO2(aq)或HCO3-的濃度改變時(shí)，可由肺呼吸作用和腎的生理功能獲得補(bǔ)償或調(diào)節(jié)，使得血液中的HCO3-和CO2(aq)的濃度保持相對(duì)穩(wěn)定。因此，血漿中的碳酸緩沖系總能保持相當(dāng)強(qiáng)的緩沖能力，特別是抗酸的能力。31醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系總結(jié)1.緩沖溶液2.緩沖作用3.緩沖機(jī)制4.緩沖溶液pH計(jì)算32醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系5.緩沖容量

β=2.303×c(HB)c(B-)/c總6.影響緩沖容量的因素：緩沖比和總濃度7.配制緩沖溶液8.血液中的主要緩沖系及血液中碳酸緩沖系的作用33醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)緩沖體系利用二元弱酸H2A