緩沖溶液ppt課件

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第四章緩沖溶液 第五節(jié)血液中的緩沖系 第一節(jié)緩沖溶液及緩沖作用原理 第二節(jié)緩沖溶液pH值的計算 第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍 第四節(jié)緩沖溶液的配制 1 2 第一節(jié)緩沖溶液及緩沖作用原理 一 緩沖溶液的緩沖作用及組成1 舉例 3 2 定義 把能夠抵抗外來少量強酸 強堿或稍加稀釋而保持pH值基本不變的溶液稱為緩沖溶液 把溶液能夠抵抗外來少量強酸 強堿或稀釋而保持pH值基本不變的作用稱為緩沖作用 4 3 緩沖溶液的組成 把組成緩沖溶液的共軛酸堿對稱為緩沖對 系 經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn) 不僅由NaH2PO4 Na2HPO4組成的溶液具有緩沖作用 而且由HAc NaAc NH4Cl NH3 NaH2PO4 Na2HPO4等組成的溶液同樣具有緩沖作用 抗酸成分共軛堿 足量 1 組成抗堿成分共軛酸 足量 2 緩沖對 系 5 典型緩沖溶液的三種類型 1弱酸及其共軛堿 如 HAc NaAc H2CO3 NaHCO3 C6H4 COOH 2 C6H4 COOH COOK 2弱堿及其共軛酸 如 NH3 NH4Cl CH3NH2 CH3NH3 Cl 3多元酸堿的共軛酸堿對 如 NaHCO3 Na2CO3 NaH2PO4 Na2HPO4 6 常見的緩沖對 系 如下表 7 二 緩沖作用原理 以HAc NaAc緩沖溶液為例說明 足量 HAc H2O H3O Ac 足量 主要由NaAc解離產(chǎn)生 1 當(dāng)加入少量強酸時 溶液中的Ac 就接受H3O 質(zhì)子 平衡向著生成HAc分子的方向移動 Ac 是抗酸成分 共軛堿 2 當(dāng)加入少量強堿時 溶液中的H3O 與OH 結(jié)合生成水 平衡向著HAc分子的解離方向移動 HAc是抗堿成分 共軛酸 8 HAc 足量 H Ac 外加HCl 少量 H 1 抗酸原理 足量 平衡左移抗酸 Ac 是抗酸成分 anti acidcomponent 9 HAc 足量 H Ac 外加NaOH 少量 OH H2O 2 抗堿原理 足量 平衡右移抗堿 HAc是抗堿成分 anti basecomponent 10 實質(zhì)上是溶液中的共軛酸堿對 在外來少量強酸或強堿的加入后 通過自身的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡的移動 來調(diào)節(jié)溶液的H3O 離子濃度 使其不發(fā)生顯著的變化 從而起到保持溶液pH值幾乎不變的作用 緩沖溶液的緩沖作用 11 第二節(jié)緩沖溶液的pH值 一 緩沖溶液pH值的計算公式 HB H2O H3O B NaB Na B 4 1 12 若緩沖溶液的總體積為V 共軛堿 B 的物質(zhì)的量為nB 共軛酸 HB 的物質(zhì)的量為nHB 則 上式稱為亨德森 哈塞爾巴赫方程式 B c NaB c HB HB c HB c HB 13 緩沖公式又可表示為 4 2 4 1 14 問 如使用相同濃度的弱酸及其共軛堿來配制緩沖溶液 上式又可怎樣表示 緩沖比 緩沖公式中共軛堿與共軛酸濃度的比值 C總 CHB CB 總濃度 4 3 15 二 影響pH值的因素 例題1 2 3 pKa 緩沖溶液的pH值主要取決于緩沖系中弱酸的Ka Ka與溫度有關(guān) 緩沖比 同一緩沖系的緩沖溶液 pKa一定 其pH隨著緩沖比的改變而改變 當(dāng)緩沖比 1時 pH pKa 緩沖溶液加水稀釋時 緩沖比不變 pH不變 所以緩沖溶液具有抗稀釋性 16 例題1 現(xiàn)有1L含0 020molHAc0 050molNaAc的緩沖溶液 試問 1 該溶液的pH值是多少 2 加入0 0050molHCl或0 0050molNaOH后 溶液的pH值是多少 3 加入100ml水后 溶液的pH值是多少 已知HAcpKa 4 75 17 解 1 緩沖溶液的pH值 由于1L溶液含0 020molHAc和0 050molNaAc 所以緩沖溶液中 HAc 和 NaAc 分別為 HAc 0 020mol L 1 NaAc 0 050mol L 1代入緩沖公式得 4 75 0 40 5 15 18 加入HCl后 外加的H3O 與溶液中的Ac 結(jié)合生成HAc HAc的量增多 同時Ac 的量減少 所以 HAc 0 020 0 0050 1 0 0 025 mol L 1 NaAc 0 050 0 0050 1 0 0 045 mol L 1 代入式得 2 加入0 005molHCl后緩沖溶液的pH值 緩沖溶液的pH值由原來的5 15降至5 01 19 加入NaOH后 溶液中Ac 的量增多 HAc的量減少 所以 HAc 0 020 0 0050 1 0 0 015 mol L 1 NaAc 0 050 0 0050 1 0 0 055 mol L 1 代入式得 加入NaOH后緩沖溶液的pH值 即緩沖溶液的pH值由原來的5 15升至5 31 20 由此得出 緩沖溶液具有抗酸性 抗堿性和抗稀釋性 3 加入100ml水后 溶液的pH值 HAc mol L 1 NaAc mol L 1 代入緩沖公式得 21 例題2 在0 10mol L 1NaH2PO4溶液300ml中加入0 10mol L 1NaOH溶液200ml和400ml 求混合溶液的pH值 查表知H2PO4 的pKa2 7 20 H2PO4 HPO42 解 1 在NaH2PO4溶液中加入200ml0 10mol L 1NaOH溶液后有如下反應(yīng) 此混合溶液的緩沖系為 過量 H2PO4 OH HPO42 H2O 22 代入公式得 反應(yīng)后 即此時混合溶液的pH值為7 50 23 2 在300mlNaH2PO4溶液中加入400ml0 10mol L 1NaOH溶液后有如下反應(yīng) H2PO4 OH HPO42 H2O HPO42 OH PO43 H2O 過量 此混合溶液的緩沖系為 HPO42 PO43 查表知HPO42 的pKa3 12 66 最終 24 代入公式得 反應(yīng)后 此時混合溶液的pH值為12 36 25 例題3 在400ml0 10mol L 1NH3 H2O溶液中加入100ml0 10mol L 1HCl溶液 求混合溶液的pH值 已知NH3的pKb 4 75 HCl NH3 H2O NH4Cl H2O 解 混合后反應(yīng)如下 反應(yīng)后 氨水過量并有剩余 26 pKa 14 00 pKb 14 00 4 75 9 25 27 例題4 欲配制pH值為6 90的磷酸鹽緩沖溶液100ml 問需要濃度均為0 15mol L 1NaH2PO4和NaOH溶液各多少毫升 25 H3PO4pKa1 2 12pKa2 7 20pKa3 12 36 解 設(shè)需NaOH溶液Xml 則NaH2PO4溶液為 100 X ml當(dāng)XmlNaOH加入到NaH2PO4溶液后 NaH2PO4消耗Xml并生成XmlNa2HPO4 NaH2PO4 NaOH Na2HPO4 H2O 6 90 7 20 28 X 25 ml 100 X 75 ml 0 30 0 50 29 第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍 常用 來定量表示 用公式表示如下 一 緩沖容量的概念 緩沖容量是衡量緩沖溶液緩沖能力大小的尺度 在數(shù)值上等于使單位體積緩沖溶液的pH值改變1個單位時 所需加入的一元強酸或一元強堿的物質(zhì)的量 mol 一般 越大 緩沖溶液緩沖能力越強 越小 緩沖能力越弱 4 4 30 二 影響緩沖容量大小的因素 1 緩沖比 當(dāng)總濃度一定時 緩沖比愈接近1 緩沖容量愈大 緩沖比 1 即pH pKa 時 緩沖容量最大 緩沖比愈遠(yuǎn)離1 緩沖容量愈小 2 總濃度 同一緩沖系的緩沖溶液 緩沖比一定時 總濃度愈大 其緩沖容量愈大 C總 CHB CB 31 緩沖容量與緩沖溶液的總濃度C總及CB CHB的關(guān)系 當(dāng)緩沖比為1 1時 最大 且 則 4 5 4 6 32 例題5 求總濃度為0 100mol L 1HAc NaAc緩沖溶液的緩沖容量極大值 已知HAc的pKa 4 75 求總濃度為0 100mol L 1pH 4 45的HAc NaAc緩沖溶液的緩沖容量 解 當(dāng)緩沖比為1 1 即CAc CHAc 1時 緩沖容量達(dá)極大值 已知c總 0 100mol L 1 代入公式得 極大 0 576c總 0 576 0 100 0 0576 mol L 1 pH 1 33 根據(jù)緩沖公式 34 故得CHAc 0 067mol L 1CAc 0 033mol L 1 因CHAc CAc 0 100mol L 1 代入式 3 7 得 35 緩沖比在 具有有效緩沖作用 三緩沖范圍 pH pKa 1 把緩沖溶液具有有效緩沖作用的pH值范圍稱為緩沖范圍 pKa 1 pKa 1 36 常用緩沖系的緩沖范圍 37 第四節(jié)緩沖溶液的配制一 緩沖溶液的配制方法 盡量使緩沖系弱酸的pKa與所配制溶液的pH值接近 至少使要求的pH值在所選緩沖系的緩沖范圍 pKa 1 之內(nèi) 1 選擇合適的緩沖系 所選緩沖系在混合后不會產(chǎn)生副反應(yīng)或沉淀 對于醫(yī)用緩沖溶液 還要考慮緩沖系是否有毒 是否與主藥發(fā)生配伍禁忌 緩沖系在加溫滅菌時和貯藏期內(nèi)是否穩(wěn)定等 38 為使溶液具有足夠的抗酸 抗堿成分和較大的緩沖容量 總濃度一般在0 050 0 20mol L 1為宜 若濃度太高 會因離子強度過大或滲透壓過高而不切實際 總濃度太低 緩沖容量過小 選擇好緩沖系及其總濃度后 可根據(jù)HendersonHasselbach方程式計算所需弱酸及其共軛堿的量 2 要有適當(dāng)?shù)目倽舛?3 計算 39 假設(shè)配制緩沖溶液時用的弱酸的濃度為CHB與其共軛堿的濃度CB相等 則 4 3 40 例題5 如何配制100mlpH值為4 95 總濃度為0 20mol L 1的緩沖溶液 解 選擇HAc NaAc緩沖系 因為HAc的pKa 4 75 與所需配制溶液pH 4 95接近 若總濃度設(shè)為0 20mol L 1 則CHAc CNaAc 0 20mol L 1 41 4 校正用酸度計或精密pH試紙另外 還可用其它方法配制 自學(xué) 利用經(jīng)驗配方配制或根據(jù)有關(guān)化學(xué)手冊配制 量出兩種溶液所需體積 然后均勻混合 得到所需的緩沖溶液 42 第五節(jié)血液中的緩沖系 一 緩沖溶液無論在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)或臨床醫(yī)學(xué)上 應(yīng)用都十分廣泛 例如微生物培養(yǎng) 細(xì)菌染色 組織切片 臨床化驗 血液貯存 蛋白質(zhì)分離提純 以及核酸和遺傳基因的研究等 都需要一定pH值的緩沖溶液 43 二 在生物體內(nèi) 以酶為催化劑的各種生物化學(xué)變化 只能在適合的pH值下進(jìn)行 因此體內(nèi)各種體液都須恒定在一定pH值范圍內(nèi) 物質(zhì)代謝反應(yīng)才能正常進(jìn)行 而血液的pH值能夠恒定在7 40 0 05這一狹小范圍內(nèi) 這是由于血液中多種緩沖系的緩沖作用和肺 腎的調(diào)節(jié)作用的結(jié)果 三 藥物配制 44 紅細(xì)胞中存在的緩沖系有 H2CO3 HCO3 H2PO4 HPO42 H2b Hb 血紅蛋白 和H2bO2 HbO2 氧合血紅蛋白 等 其中以H2b Hb 和H2bO2 HHbO2 緩沖系最重要 四 血液中存在多種緩沖系 如血漿中存在的緩沖系有 CO2 溶解 NaHCO3 NaH2PO4 Na2HPO4 HPr NaPr Pr代表蛋白質(zhì) 其中碳酸緩沖系最重要 45 在體內(nèi)代謝的過程中 這些緩沖系能維持體液的pH值以保證生命的正?；顒?如碳酸在血漿中以CO2 溶解 形式存在 在溶液中發(fā)生以下反應(yīng) CO2 溶解 H2O H2CO3H2CO3 H HCO3 當(dāng)溫度為37 I 0 16時 pKa 6 10 46 正常人血漿中HCO3 和CO2的濃度分別為0 024mmol L 1和0 0012mmol L 1 其比值為20 1 由式 4 10 計算血漿的pH值得 pH 6 10 lg 6 10 1 30 7 40 47 H2CO3 HCO3 H 肺 CO2 H2O腎 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體內(nèi)所產(chǎn)生非揮發(fā)性酸的緩沖能力 因而習(xí)慣上把血漿中的HCO3 稱為堿儲 H2CO3發(fā)揮其抗堿作用 48 體內(nèi)代謝所產(chǎn)生的大量CO2則是依靠紅細(xì)胞中的H2b Hb H2bO2 HbO2 這些緩沖對對其產(chǎn)生緩沖作用來實現(xiàn)的 如代謝產(chǎn)生的大量CO2與Hb 離子發(fā)生如下反應(yīng) CO2 H2O Hb H2b HCO3 反應(yīng)產(chǎn)生的HCO3 由血液運輸至肺 并與H2bO2反應(yīng) 其反應(yīng)式為 49 H2bO2 HCO3 HbO2 CO2 H2O反應(yīng)生成的CO2從肺呼出 由此不難看出 在大量CO2從組織細(xì)胞輸送至肺的過程中 由于HHb Hb 和HHbO2 HbO2 的緩沖作用 也是使血液的pH值仍能穩(wěn)定在7 40 0 05的狹小范圍內(nèi)的原因之一 50 作業(yè)2 6 7 12 13 16 51 練習(xí)題 1 下列緩沖溶液中 緩沖能力最強的是 A 0 10mol L 1NH3溶液和0 10mol L 1NH4Cl溶液等體積混合B 0 20mol L 1NH3溶液和0 20mol L 1NH4Cl溶液等體積混合C 0 20mol L 1NH3溶液和0 20mol L 1NH4Cl溶液2 1混合液D 0 10mol L 1NH3溶液和0 10mol L 1NH4Cl溶液2 1混合液 52 2 在下列各組溶液中 不屬于緩沖溶液的是A NaH2PO4 K2HPO4溶液B NH3 NH4Cl溶液C 0 10mol L 1NaOH與0 20mol L 1NH4Cl等體積混合溶液D 0 10mol L 1HAc與0 10mol L 1NaOH等體積混合溶液 3 緩沖容量取決于緩沖溶液的總濃度和緩沖比 53 4 已知H3PO4的pKa1 2 12 pKa2 7 21 pKa3 12 36 將相同濃度的NaH2PO4溶液與NaOH溶液按2 1體積比混合配成緩沖溶液 其抗酸成分是 該緩沖溶液的緩沖范圍為 5 25 時 將80mL0 10mol L 1NH3溶液與40mL0 10mol L 1HCl溶液混合 計算所得混合溶液的pH 已知25 時pKb NH3 9 26 6 在由20ml0 1mol L 1H3PO4溶液與30ml0 1mol L 1NaOH溶液組成的緩沖溶液中 抗酸成分是 A NaOHB H2PO4 C HPO42 D PO43 54 8 某緩沖溶液的共軛堿的Kb 1 10 6 從理論上推算該緩沖溶液的緩沖范圍是 A 6 8B 7 9C 5 7D 5 8 9 緩沖溶液具有性 性及抗稀釋性 10 總濃度一定時 緩沖溶液的緩沖比愈大 其緩沖容量愈大 11 緩沖作用 7 在一定范圍內(nèi)稀釋緩沖溶液 其PH值和緩沖容量都不變 55