1、2021/3/271第四章 緩沖溶液（buffer solutionbuffer solution） 所有的體液均是緩沖溶液。生化反應(yīng)的背景溶液:血漿: pH 7.35-7.45大腸液:pH 8.3-8.4乳汁: pH 6.0-6.92021/3/272第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 一、緩沖溶液的緩沖作用和組成H2OH2OpH=7.00指示劑:溴麝香酚藍(lán)pH=2.00H2OpH=12.00+2滴1molL-1HCl+2滴1molL-1NaOH2021/3/273NaH2PO4Na2HPO4pH=7.21H2PO4- - HPO42-pH=7.20pH=7.22NaH2PO4Na2HPO4NaH2

2、PO4Na2HPO4NaH2PO4Na2HPO4pH=7.21+2滴1molL-1HCl+2滴1molL-1NaOH溴麝香酚藍(lán)2021/3/274緩沖溶液對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稀釋的抵抗作用稱為緩沖作用（緩沖作用（buffer actionbuffer action）。1.緩沖溶液的概念能抵抗外來(lái)少量強(qiáng)酸少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿強(qiáng)堿或稍加稀釋,而能保持其pH基本不變基本不變的溶液,稱為緩沖溶液（緩沖溶液（buffer solutionbuffer solution）。2021/3/2752、緩沖溶液的組成 組成:一對(duì) 足夠濃度的共軛 弱酸、弱堿對(duì)。其濃度差不能太大。HAc - Ac-NH4+ - NH3 共軛酸

3、共軛堿H2PO4 - - HPO42-共軛 弱酸、弱堿對(duì)間相差一個(gè)質(zhì)子2021/3/276抗堿成分抗酸成分HAc - Ac-NH4+ - NH3 共軛酸共軛堿H2PO4 - - HPO4 2-弱酸及其對(duì)應(yīng)的鹽弱堿及其對(duì)應(yīng)的鹽多元酸的酸式鹽及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)鹽2021/3/277例.下列各組溶液,有緩沖作用的是A. 0.2 molL-1KClB. 0.02 molL-1 NH3H2OC. 0.2 molL-1 NaH2PO4和0.2 molL-1 Na2HPO4D. 0.01 molL-1HAc和0.2 molL-1HCl(C)例例: :下列各組溶液下列各組溶液, ,是否有緩沖作用是否有緩沖作用?

4、?A.A. 0.1 mol0.1 molL L-1-1HAc 20mLHAc 20mLB.B. 0.1 mol0.1 molL L-1-1HAc 20mL + 0.1 molHAc 20mL + 0.1 molL L-1-1NaOH 20mLNaOH 20mLC. 0.1 molC. 0.1 molL L-1-1HAc 20mL + 0.1 molHAc 20mL + 0.1 molL L-1-1NaOH 10mLNaOH 10mLHAc + NaOH NaAc + H2O2021/3/278二、緩沖溶液的緩沖機(jī)制 緩沖溶液:HAc-NaAc加入H3O+,平衡Ac- 抵消H3O+,Ac-:抗酸

5、成分加入OH-,OH- + H3O+ 2H2O平衡HAc補(bǔ)充消耗的H3O+,HAc:抗堿成分HAc + H2O H3O+ + Ac -NaAc Na+ + Ac -2021/3/279第二節(jié) 緩沖溶液的pH一、緩沖溶液pH值的計(jì)算公式 pH = pKa + lg B-/HB HB - B- 共軛酸 共軛堿酸常數(shù)平衡濃度p代表-lgpKa = -lg(1.7610-5 ) = 4.75如Ka =1.7610-5,2021/3/2710pH = pKa + lg c(B-)/c(HB)n = c VpH = pKa + lg n(B-)/n(HB)B- = c(B- ),HB= c(HB)起始濃度

6、在緩沖體系中解釋:緩沖溶液稍加稀釋而pH保持不變2021/3/2711注意:對(duì)多元酸酸式鹽及其次級(jí)鹽的緩沖系要注意公式的內(nèi)容;例如:H3PO4NaH2PO4NaH2PO4Na2HPO4Na2HPO4Na3PO4lg43421POHPOHpKpHalg42242POHHPOpKpHalg24343HPOPOpKpHaP58,例4-1,4-22021/3/2712例 將0.10 molL-1 HAc溶液50mL和0.10 molL-1 NaAc溶液30mL混合,計(jì)算混合溶液的pH值,已知HAc的pKa =4.74 。pH = pKa + lg n(Ac-)/n(HAc)= 4.74 +lg 0.1

7、030 / 0.1050= 4.522021/3/2713例 將0.10 molL-1 HAc溶液50mL和0.10 molL-1 NaAc溶液30mL混合,計(jì)算混合溶液的pH值,已知HAc的pKa =4.74 。pH = pKa + lg c(Ac-) / c(HAc) = 4.74 + lg= 4.52c(HAc) = 0.1050 / 80 molL-1 c(Ac-) = 0.1030 / 80 molL-1 0.1030 / 800.1050 / 802021/3/2714例 將0.10 molL-1 NH3溶液50mL和0.10 molL-1 NH4Cl溶液30mL混合,計(jì)算混合溶液

8、的pH值,已知NH3的Kb =1.79 10-5。pKa =14- pKb =14 + lg（1.7910-5） = 9.25 pH = pKa + lg n(NH3)/ n(NH4+) = 9.25 +lg 0.1050 / 0.1030 = 9.472021/3/2715例1.將100ml 0.50mol/L NH3.H2O與 60ml 0.50mol/L HCl混合（1）求此溶液pH值。（2）加入0.1克NaOH,求pH值。（3）加入1.5ml 1mol/L HCl,求pH值。2021/3/2716解:50mmol 30mmolNH3 H2O+HClNH4Cl+H2O反應(yīng)初反應(yīng)終30mm

9、ol20mmollg43NHNHpKpHa3020lgapKpH07. 918. 025. 9pHpH例1.將100ml0.50mol/L NH3.H2O 與 60ml 0.50mol/L HCl混合（1）求此溶液pH值。2021/3/2717（2）mmolmol5 . 20025. 0401 . 0mmolnmmolnNHNH5 .225 . 2205 .275 . 2303416. 95 .275 .22lg25. 9 pHmmolHCl 5 . 1加入mmolnmmolnNHNH5 .185 . 1205 .315 . 1303416. 95 .315 .18lg25. 9 pH（3）加

10、入0.1克 NaOH9.02加入加入1.5 mmol HCl2021/3/2718例2. 取0.1mol/L某一元弱酸50ml與20ml 0.1mol/LKOH混合,將此溶液稀釋至100ml,測(cè)得該溶液pH為5.30,求一元弱酸的Ka。解:KOH+HBKB+H2OmmolnmmolnHBKB32526103 . 348. 518. 030. 532lgaaaaKpKpKpKpH2021/3/2719二、影響緩沖溶液pH值的因素 1. pKa (酸常數(shù))2. c(B-)/c(HB)緩沖比pH = pKa + lg c(B-)/c(HB)2021/3/2720第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍 一、緩沖容

11、量（buffer capacity）緩沖溶液的體積相等|dpH|dpH|為加為加入等量酸、入等量酸、堿后堿后pHpH的變的變化值化值緩沖容量(): 衡量緩沖能力 A B|dpH |A小于|dpH |B緩沖能力強(qiáng)2021/3/27211mmolNaOH0.1mol/LHAc0.1mol/LNaAc1mmolNaOH0.01mol/LHAc0.01mol/LNaAc01. 076. 410111 . 010111 . 0lg75. 423321pHpHpKpHpKpHaa09. 084. 4101101. 0101101. 0lg75. 423321pHpHpKpHpKpHaa2021/3/272

12、21、緩沖容量()定義 使單位體積緩沖溶液的pH改變1個(gè)單位時(shí),所需加入的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的物質(zhì)的量。單位:mol/LpH或mmol/LpH2、影響緩沖容量的因素 總濃度c總c總= 共軛酸 + 共軛堿, c總緩沖比, 共軛堿/ 共軛酸= b / a a=b時(shí)最大base acid2021/3/2723二、緩沖范圍 緩沖比1:1,最大;緩沖比離1:1愈遠(yuǎn), 愈小,甚至沒(méi)有緩沖作用 緩沖比10/11/10,pH:pKa+1pKa-1（緩沖范圍）NaH2PO4-Na2HPO4組成的緩沖溶液 pKa2=7.21理論緩沖范圍:6.21-8.212021/3/2724NH3-NH4Cl組成的緩沖溶液pKb=4.

13、75理論緩沖范圍:3.75-5.75（錯(cuò)誤）(pKa=14.00-4.75=9.25) 應(yīng)該:8.25-10.25實(shí)際緩沖范圍與理論緩沖范圍有誤差2021/3/2725例例. . 下列各緩沖溶液下列各緩沖溶液, ,緩沖容量最大的是緩沖容量最大的是A. 500ml A. 500ml 中含有中含有0.15molHAc0.15molHAc和和0.05molNaAc0.05molNaAcB. 500ml B. 500ml 中含有中含有0.05molHAc0.05molHAc和和0.15molNaAc0.15molNaAcC. 500ml C. 500ml 中含有中含有0.10molHAc0.10mol

14、HAc和和0.1molNaAc0.1molNaAcD. 1000mlD. 1000ml中含有中含有0.15molHAc0.15molHAc和和0.05molNaAc0.05molNaAcE. 1000mlE. 1000ml中含有中含有0.10molHAc0.10molHAc和和0.1molNaAc0.1molNaAc2021/3/2726第四節(jié) 緩沖溶液的配制一. 緩沖溶液配制方法實(shí)際中我們需要配緩沖溶液實(shí)際中我們需要配緩沖溶液, ,一般分四步一般分四步: :1.1.選擇合適的緩沖對(duì)選擇合適的緩沖對(duì)無(wú)毒，穩(wěn)定，不反應(yīng)范圍內(nèi)在接近，并且與1pKpHpHpKaa2021/3/2727例:欲配pH=

15、4.5緩沖溶液,可選擇)20. 7pK(HPONaPONaH.D)75. 3pK(HCOONaHCOOH.C)76. 4pK(NaAcHAc.B)75. 4pK(ClNHNH.A2a4242)HCOOH(a)HAc(a)NH(b433(B)NH(b)NH(a34pK14pK第四節(jié) 緩沖溶液的配制一. 緩沖溶液配制方法實(shí)際中我們需要配緩沖溶液實(shí)際中我們需要配緩沖溶液, ,一般分四步一般分四步: :1.1.選擇合適的緩沖對(duì)選擇合適的緩沖對(duì)2021/3/27283、計(jì)算緩沖比酸堿cclgpKpHa4、校正2、確定總濃度0.050.2mol/L太低，緩沖容量太小適用太高，離子強(qiáng)度大，不2021/3/2

16、729例1:如何配制pH=5.00的緩沖溶液100m1? (1)選擇緩沖系pH=5.00HAc的pKa=4.75選HAcNaAc緩沖系(2)確定總濃度NaBHBCCHBBaVVlgpKpH2021/3/2730設(shè)取V ml 0.1mol/L的NaAc則HAc為(100-V)ml根據(jù)HBBaVVlgpKpHml64V74. 1V100VV100Vlg75. 4pH將64ml 0.10mol/L NaAc與36ml 0.1mol/L HAc混合,就可配pH=5.00的緩沖溶液2021/3/2731例2. 如要配置pH=5.10 緩沖液100ml 需在6mol/L HAc 10ml中加入2mol/L

17、 NaOH多少ml?HAcAcpKpHalgmlxxx7 .202602lg75. 410. 5HAc+NaOHNaAc+H2O6060-2x2x2x初始平衡2021/3/2732例3. 在濃度為0.05mol/L的Tris(三羥甲基甲氨)溶液50ml中,加入濃度為0.05mol/L的HCl溶液多少毫升,用水稀釋到100ml后溶液的pH值為7.40? (已知TrisHCl的pKa=8.17)TrisTrisHClCCH2OHNH2CH2OHHOH2CCCH2OHNH2CH2OHHOH2C.HCl2021/3/2733解:設(shè)需加入HCl溶液 x mlTris+HClTris.HCl初始平衡0.0

18、5x50-x0.052.50.05xHBBannlgpKpH7 .4250lg17. 8xxxpH例3. 在濃度為0.05mol/L的Tris(三羥甲基甲氨)溶液50ml中,加入濃度為0.05mol/L的HCl溶液多少毫升,用水稀釋到100ml后溶液的pH值為7.40? (已知TrisHCl的pKa=8.17)2021/3/2734P63 表4-3,表4-4 HClTrisTris甲胺（羥甲基）三醫(yī)學(xué)上廣泛使用緩沖溶液配方表常用緩沖系:PBS(H2PO4- - HPO42-)NaCl:調(diào)節(jié)至等滲2021/3/2735細(xì)胞培養(yǎng)的緩沖系統(tǒng) pH 在 7.2 - 7.4 緩沖體系:NaHCO3-CO

19、2 培養(yǎng)箱: 5% CO2,培養(yǎng)液: 1.97g/L NaHCO3 指示劑:酚紅,酸性培養(yǎng)液呈橙黃色,堿性培養(yǎng)液呈深紅色。2021/3/2736分子克隆常用緩沖液TE:10mmol/L Tris.Cl + 1mmol/L EDTA STE( 或稱 TEN):10mmol/L Tris. Cl( pH8.0) 1mmol/L EDTA (pH8.0) 0.1mol/L NaCl STET:10mmol/L Tris.Cl ( pH8.0) 1mmol/L EDTA(pH8.0) 0.1mol/L NaCl 5%TritonX-100 TNT:10mmol/L Tris.Cl ( pH8.0) 1

20、50mmol/L NaCl 0.05% Tween20 2021/3/2737常用的電泳緩沖液 Tris-乙酸（TAE）:0.04mol/L Tris-乙酸 +0.001mol/L EDTA Tris-磷酸（TPE）:0.09mol/L Tris-磷酸 +0.002mol/L EDTA Tris-硼酸（TBE）:0.045mol/L Tris-硼酸 +0.001mol/L EDTA 堿性緩沖液 :50mmol/L NaOH +1mmol/L EDTA Tris-甘氨酸 :25mmol/L Tris +250mmol/L 甘氨酸 +0.1% SDS2021/3/2738二. 標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液P64

21、表4-5中所列物質(zhì),為什么可單獨(dú)配制緩沖溶液?1.硼砂（Na2B4O710H2O）B4O72-+H2O2HBO2+2BO2-（共軛堿）（弱酸）緩沖溶液22NaBOHBO2021/3/27392.酒石酸氫鉀 （KHX）（1）HX-H2X pKa1=2.98（2）X2- HX-pKa2=4.30KHXpH=1/2（ pKa1 + pKa2 ）=3.64思考題:NaH2PO4能否單獨(dú)配緩沖溶液?2021/3/2740第五節(jié) 血液中的緩沖系 人體血液pH 7.357.45 pH7.45 堿中毒 血液緩沖系統(tǒng): 1.血漿緩沖系統(tǒng) 2.紅細(xì)胞緩沖系統(tǒng)2021/3/2741血液緩沖系統(tǒng):1.血漿緩沖系統(tǒng)（開(kāi)

22、放性緩沖系統(tǒng),緩沖作用最大）NaHCO3/H2CO3,Na-蛋白質(zhì)/H-蛋白質(zhì),Na2HPO4/NaH2PO42.紅細(xì)胞緩沖系統(tǒng)（非開(kāi)放性緩沖系統(tǒng)）NaH2P04-Na2HPO4、HPr-Pr-、HHb-Hb-、HHbO2-HbO2-2021/3/2742體液酸堿物質(zhì)的來(lái)源體液酸堿物質(zhì)的來(lái)源: 主要來(lái)源:細(xì)胞在物質(zhì)代謝的過(guò)程中產(chǎn)生的（酸性物質(zhì)的生成量堿性物質(zhì)的生成量）。 次要來(lái)源:食物。2021/3/2743代謝: 揮發(fā)酸:H2CO3可變成CO2氣體經(jīng)肺排出體外 固定酸:經(jīng)腎隨尿排出的酸性物質(zhì)（磷酸、硫酸、尿酸和有機(jī)酸）攝入: 食物中的酸性物質(zhì)（檸檬酸、維生素C） 酸性藥物（氯化銨、水楊酸 ）

23、 酸性物質(zhì)堿性物質(zhì) 代謝:NaHCO3 攝入:水果、蔬菜中的生物堿2021/3/2744血液緩沖系統(tǒng)對(duì)酸負(fù)荷的緩沖 2021/3/2745H+ +HCO3-H2CO3 CO2 + H2OK1 K2HCO3- CO2溶解pH = pKa + lg 正常人:HCO3- / CO2溶解=20/1 抗酸成分（堿儲(chǔ)） 抗堿成分HCO3- CO2溶解pH = 6.10 + lg 血漿的緩沖機(jī)制pH = 6.10 + lg（20/1）= 7.40 緩沖比緩沖比 20:1,緩沖能力仍很強(qiáng)緩沖能力仍很強(qiáng)?2021/3/2746pH7.45堿中毒H+的增加:加快呼吸排出多余的CO2 ,延長(zhǎng)腎中HCO3-的停留時(shí)間

24、。OH-的增加:降低肺部CO2 的排出量,縮短腎中HCO3-的停留時(shí)間。血液pH維持7.357.45原因H+HCO3-H2CO3腎CO2+H2O肺腎2021/3/2747酸堿平衡紊亂 正常狀態(tài):機(jī)體可調(diào)節(jié)酸堿平衡。 一般疾病:酸堿物質(zhì)的增減變化,機(jī)體也可調(diào)節(jié)酸堿平衡（代償）。 嚴(yán)重疾病:機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生或丟失的酸堿過(guò)多而超過(guò)機(jī)體調(diào)節(jié)能力（或機(jī)體對(duì)酸堿調(diào)節(jié)機(jī)制出現(xiàn)障礙）時(shí),導(dǎo)致酸堿平衡失調(diào)（失償） 。2021/3/2748呼吸性酸中毒呼吸性酸中毒酸中毒酸中毒代謝性酸中毒代謝性酸中毒呼吸性堿中毒呼吸性堿中毒堿中毒堿中毒代謝性堿中毒代謝性堿中毒混合性酸堿平衡紊亂混合性酸堿平衡紊亂 酸堿平衡紊亂酸堿平衡紊亂

25、2021/3/2749原因:排出的CO2減少（呼吸中樞抑制,呼吸道阻塞,肺部病變等）。 調(diào)節(jié):腎臟NaHCO3吸收加強(qiáng)H2CO3,HCO3- , HCO3-/H2CO3=20/1（代償型呼吸性酸中毒 ） HCO3-/H2CO3 20/1（失償型呼吸性酸中毒 ）治療: 1. 改善肺泡通氣功能;2. 使用堿性藥物 呼吸性酸中毒特征:血漿H2CO3濃度原發(fā)性增高和pH降低H+HCO3-H2CO3腎CO2+H2O肺腎2021/3/2750原因:酸性代謝產(chǎn)物增加 酸性物質(zhì)排除障礙 堿丟失過(guò)多調(diào)節(jié):肺調(diào)節(jié),加快呼吸,排出過(guò)多CO2; 腎調(diào)節(jié),排酸保堿,增加HCO3- 的重吸收。 HCO3- ,H2CO3

26、, HCO3-/H2CO320/1（代償型代謝性酸中毒）。HCO3-/H2CO3 20/1（失償型代謝性酸中毒） 治療:治療原發(fā)病,應(yīng)用堿性藥物 代謝性酸中毒特征:血漿HCO3-濃度原發(fā)性減少和pH降低H+HCO3-H2CO3腎CO2+H2O肺腎2021/3/2751代謝性堿中毒代謝性堿中毒特征特征: :血漿血漿HCOHCO3 3- -濃度原發(fā)性增加和濃度原發(fā)性增加和pHpH升高升高原因原因: :1. 1. 消化道失消化道失H H+ +: :嘔吐、胃液引流嘔吐、胃液引流; ;2. 2. 腎失腎失H H+ +: :應(yīng)用利尿劑（如噻嗪類(lèi)、速尿等）造成低應(yīng)用利尿劑（如噻嗪類(lèi)、速尿等）造成低氯性堿中毒

27、氯性堿中毒; ;缺鉀缺鉀; ;腎上腺皮質(zhì)激素增多腎上腺皮質(zhì)激素增多; ; 3. 3. 堿性物質(zhì)攝入過(guò)多。堿性物質(zhì)攝入過(guò)多。腎的代償調(diào)節(jié)腎的代償調(diào)節(jié): :腎臟泌腎臟泌H H+ +、NHNH4 4+ +, ,重吸收重吸收HCOHCO3 3- -治療治療: :1. 1. 治療原發(fā)病治療原發(fā)病; ;2. 2. 給予生理鹽水給予生理鹽水; ;3. 3. 給予含氯給予含氯酸性藥物。酸性藥物。 H+HCO3-H2CO3腎CO2+H2O肺腎2021/3/2752呼吸性堿中毒呼吸性堿中毒特征特征: :血漿血漿H H2 2COCO3 3濃度原發(fā)性減少和濃度原發(fā)性減少和pHpH升高升高原因原因:1. :1. 低氧血

28、癥低氧血癥; ;2. 2. 呼吸中樞興奮呼吸中樞興奮; ;3. 3. 呼吸機(jī)使用不當(dāng)造成的過(guò)度通氣。呼吸機(jī)使用不當(dāng)造成的過(guò)度通氣。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié): :慢性呼吸性堿中毒時(shí)慢性呼吸性堿中毒時(shí), ,腎臟發(fā)揮重要的代償作用。腎臟發(fā)揮重要的代償作用。腎小管細(xì)胞多分泌腎小管細(xì)胞多分泌H H+ +, ,分泌分泌NHNH3 3減少減少, ,HCOHCO3 3- -重吸收減少。重吸收減少。治療原發(fā)病治療原發(fā)病H+HCO3-H2CO3腎CO2+H2O肺腎2021/3/2753混合性酸堿平衡紊亂混合性酸堿平衡紊亂: :1. 1. 呼吸性酸中毒合并代謝性酸中毒呼吸性酸中毒合并代謝性酸中毒原因原因: :呼吸、心跳驟停、慢性阻

29、塞性肺疾患合并心力衰呼吸、心跳驟停、慢性阻塞性肺疾患合并心力衰竭或休克竭或休克; ;特點(diǎn)特點(diǎn): :pH,COpH,CO2 2, ,HCOHCO3 3- -, ,2. 2. 呼吸性酸中毒合并代謝性堿中毒呼吸性酸中毒合并代謝性堿中毒原因原因: :慢性阻塞性肺疾患應(yīng)用利尿劑或合并嘔吐慢性阻塞性肺疾患應(yīng)用利尿劑或合并嘔吐; ;特點(diǎn)特點(diǎn): :pHpH不定不定, ,COCO2 2, ,HCOHCO3 3- -。 H+HCO3-H2CO3腎CO2+H2O肺腎2021/3/2754CO2 + H2O + Hb- HCO3- + HHbHCO3- + HHbO2 CO2+ H2O+ HbO2- 血液中抗酸后產(chǎn)生CO2 ,與Hb-作用:HCO3-運(yùn)送到肺部,與HHbO2作用: 紅細(xì)胞的緩沖機(jī)制血紅蛋白、氧合血紅蛋白的作用血紅蛋白、氧合血紅蛋白的作用:CO2和和O2的轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn) 肺部肺部:HHb+O2 HHbO2主要:H2b Hb-、HHbO2 HbO2-2021/3/2755英語(yǔ)單詞英語(yǔ)單詞: buffer solution, buffer action, buffer capacity作業(yè)作業(yè): P67-5、7、8、9、10補(bǔ) 充 題補(bǔ) 充 題 : H o w m a n y g r a m s o f NaC3H5O3 must be added to 0.1 mol of HC3H