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分析化學實驗（緩衝溶液）原圖鏈接來自 孔夫子舊書網 的圖片

緩衝溶液指的是由弱酸及其鹽、弱鹼及其鹽組成的混合溶液，能在一定程度上抵消、減輕外加強酸或強鹼對溶液酸鹼度的影響，從而保持溶液的pH值相對穩定。

定義及來源

在生化研究工作中，常常需要使用緩衝溶液來維持實驗體系的酸鹼度。研究工作的溶液體系pH值的變化往往直接影響到研究工作的成效。如果「提取酶」實驗體系的pH值變動或大幅度變動，酶活性就會下降甚至完全喪失。所以配製緩衝溶液是一個不可或缺的關鍵步驟。

緩衝溶液是無機化學及分析化學中的重要概念，緩衝溶液是指具有能夠維持PH相對穩定性能的溶液。pH值在一定的範圍內不因稀釋或外加少量的酸或鹼而發生顯著的變化，緩衝溶液依據共軛酸鹼對及其物質的量不同而具有不同的pH值和緩衝容量。

緩衝原理

假設緩衝溶液里含有弱酸HA以及它的共軛鹼。在溶液里發生的質子反應為：水合氫離子的濃度取決於弱酸與其共軛鹼的濃度比。

當加入少量強鹼時，酸被中和，導致了氫氧根離子在溶液中很少累積，從而的濃度減少。可以看到，雖然加入了強鹼，但是溶液里的氫氧根離子變化很少，同時， 濃度較大，相對的變化小，兩者比值幾乎無變化，因此根據公式，水合氫離子的濃度變化很小。加入弱酸則是同樣的道理。由於在 大濃度基數上的微小變化不會改變比值，也因此維持了體系內氫離子和氫氧根離子濃度的平衡。

常見組成

常用作緩衝溶液的酸類由弱酸及其共軛酸鹽組合成的溶液具有緩衝作用。常見的緩衝體系有：

1、弱酸和它的鹽（如HAc---NaAc）

2、弱鹼和它的鹽（NH3·H2O---NH4Cl）

3、多元弱酸的酸式鹽及其對應的次級鹽（如NaH2PO4---Na2HPO4）的水溶液組成。

而生化實驗室常用的緩衝系主要有磷酸、檸檬酸、碳酸、醋酸、巴比妥酸、Tris（三羥甲基氨基甲烷）等系統，生化實驗或研究工作中要慎重地選擇緩衝體系，因為有時影響實驗結果的因素並不是緩衝液的pH值，而是緩衝液中的某種離子。如硼酸鹽、檸檬酸鹽、磷酸鹽和三羥甲基甲烷等緩衝劑都可能產生不需要的化學反應。

硼酸鹽：硼酸鹽與許多化合物形成復鹽、如蔗糖。

檸檬酸鹽：檸檬酸鹽離子容易與鈣結合，所以存在有鈣離子的情況下不能使用。

磷酸鹽：在有些實驗，它是酶的抑止劑或甚至是一個代謝物，重金屬易以磷酸鹽的形式從溶液中沉澱出來。而且它在pH7.5以上時緩衝能力很小。

三羥甲基氨基甲烷：它可以和重金屬一起作用，但在有些系統中也起抑制作用。其主要缺點時溫度效應。這點往往被忽視，在室溫pH是7.8的Tris緩衝液，4℃時是8.4，37℃時是7.4，因此，4℃配製的緩衝液在37℃進行測量時，其氫離子濃度就增加了10倍。在pH7.5以下，其緩衝能力極為不理想。

pH計算

在前面提到，將等式同時取對數，並簡化就可以得到：這就是Henderson-Hasselbalch方程。

值得注意的是，式子中酸及其共軛鹼的濃度都是平衡時的濃度，除了酸性過於強的情況下，由於同離子效應的存在，一般都可用此式計算，

根據此式可得出下列幾點結論：

1 緩衝液的pH值與該酸的電離平衡常數Ka及鹽和酸的濃度有關。弱酸的pKa值衡定，但酸和鹽的比例不同時，就會得到不同的pH值。酸和鹽濃度相等時，溶液的pH值與PKa值相同。

2 酸和鹽濃度等比例增減時，溶液的pH值不變。

3 酸和鹽濃度相等時，緩衝液的緩衝效率為最高，比例相差越大，緩衝效率越低，緩衝液的一般有效緩衝範圍為pH=pKa±1，pOH=pKb±1。

配製方法

只要知道緩衝對的PH值，和要配製的緩衝液的pH值（及要求的緩衝液總濃度），就能按公式計算[鹽]和[酸]的量。這個算法涉及對數換算，較麻煩，前人為減少後人的計算麻煩，已為我們總結出pH值與緩衝液對離子用量的關係並列出了表格。只要我們知道要配製的緩衝液的pH，經查表便可計算出所用緩衝劑的比例和用量。例如配製100nm pH5.8濃度為0.1M磷酸緩衝液。

經查表知pH5.8濃度為0.2M Na2HPO48.0毫升（1M=1 mol/L），而0.2M Na2HPO492.0毫升。依此可推論出配製100ml 0.1M的磷酸緩衝液需要0.1M Na2HPO48.0毫升，而0.1M Na2HPO4需要92.0毫升。

計算好後，按計算結果準確稱好固態化學成分，放於燒杯中，加少量蒸餾水溶解，轉移入100ml容量瓶，加蒸餾水至刻度，搖勻，就能得到所需的緩衝液。

各種緩衝溶液的配製，均按表格按比例混合，某些試劑，必須標定配成準確濃度才能進行，如醋酸、氫氧化鈉等。另外，所有緩衝溶劑的配製計量都能從以上的算式準確獲得。

認識作用

分析測試中，在絡合滴定和分光光度法等許多反應里都要求溶液的pH值保持在一個範圍內，以保證指示劑的變色和顯色劑的顯色等，這些條件都是通過加入一定量的緩衝溶液達到的，所以緩衝溶液是分析測試中經常需要的一種試劑。 採用電位滴定法測定外加酸或鹼對不同配比同一種緩衝溶液的滴定曲線，不僅有助於理解緩溶液及緩衝容量的概念而且對分析測試中正確選緩衝溶液的配製方法及用量具有指導意義。

採用電位滴定法測定緩衝溶液的滴定曲線，選擇 了常見的氨水-氯化銨緩衝溶液，分別按照不同的配比得到4種緩衝溶液，實驗測定了強酸、強鹼對緩衝 溶液的滴定曲線，滴定結果直觀清晰，對理解緩衝容 量的概念及實踐中緩衝溶液的選擇有積極的意義。

同時，我們人體的正常生理環境的維持離不開緩衝溶液，認識學習緩衝溶液有利於我們深入認識人體複雜化學反應的機制。緩衝溶液對維持着人體正常的血液p H範圍。其中碳酸-碳酸氫鈉是血漿中最主要的緩衝對，此對緩衝機制與肺的呼吸功能及腎的排泄和重吸收功能密切相關。正常人體代謝產生的二氧化碳進入血液後與水結合成碳酸，碳酸與血漿中的碳酸氫根離子—組成共軛酸鹼對，所以緩衝溶液在醫學檢驗中有着重要的意義。

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