當(dāng)往某些溶液中加入一定量的酸和堿時(shí)，有阻礙溶液pH變化的作用，稱為緩沖作用，這樣的溶液叫做緩沖溶液。弱酸及其鹽的混合溶液（如HOAc與NaOAc），弱堿及其鹽的混合溶液（如NH3·H2O與NH4Cl）等都是緩沖溶液。緩沖溶液是無機(jī)化學(xué)及分析化學(xué)中的重要概念，緩沖溶液的pH值在一定的范圍內(nèi)不因稀釋或外加少量的酸或堿而發(fā)生顯著的變化，緩沖溶液依據(jù)共軛酸堿對(duì)及其物質(zhì)的量不同而具有不同的pH值和緩沖容量。生化實(shí)驗(yàn)室常用的緩沖系主要有磷酸、檸檬酸、碳酸、食用醋酸、巴比妥酸、三羥甲基氨基甲烷（三羥甲基氨基甲）等系統(tǒng)，生化實(shí)驗(yàn)或研究工作中要慎重地選擇緩沖體系，因?yàn)橛袝r(shí)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素并不是緩沖液的pH值，而是緩沖液中的某種離子。
簡介
在生化研究工作中，常常需要使用緩沖溶液來維持實(shí)驗(yàn)體系的酸堿度。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(shí)驗(yàn)體系的pH值變動(dòng)或大幅度變動(dòng)，酶活性就會(huì)下降甚至完全喪失。所以配制緩沖溶液是一個(gè)不可或缺的關(guān)鍵步驟。
組成
緩沖體系由
1、弱酸和它的鹽（如HAc---NaAc）
3、多元弱酸的酸式鹽及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)鹽（如NaHPO---NaHPO）
的水溶液組成。
配制
只要知道緩沖對(duì)的PH值，和要配制的緩沖液的pH值（及要求的緩沖液總濃度），就能按公式計(jì)算[鹽]和[酸]的量。這個(gè)算法涉及對(duì)數(shù)換算，較麻煩，前人為減少后人的計(jì)算麻煩，已為我們總結(jié)出pH值與緩沖液對(duì)離子用量的關(guān)系并列出了表格。只要我們知道要配制的緩沖液的pH，經(jīng)查表便可計(jì)算出所用中和劑的比例和用量。例如配制500mlpH5.8濃度為0.1M磷酸緩沖液。
經(jīng)查表知pH5.8濃度為0.2M Na2HPO48.0毫升，而0.2M NaH2PO492.0毫升。依此可推論出配制100ml0.1M的磷酸緩沖液需要0.1M Na2HPO48.0毫升，而0.1M NaH2PO4需要92.0毫升。
計(jì)算好后，按計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確稱好固態(tài)化學(xué)成分，放于燒杯中，加少量蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)移入500ml容量瓶，加蒸餾水至刻度，搖勻，就能得到所需的緩沖液。
各種緩沖溶液的配制，均按表格按比例混合，某些試劑，必須標(biāo)定配成準(zhǔn)確濃度才能進(jìn)行，如食用醋酸、氫氧化鈉等。另外，所有緩沖溶液的配制計(jì)量都能從以上的算式準(zhǔn)確獲得。
PH影響
設(shè)緩沖系統(tǒng)的弱酸的電離常數(shù)為Ka（平衡常數(shù)），平衡時(shí)弱酸的濃度為[酸]，弱酸鹽的濃度為[鹽]，則由弱酸的電離平衡式可得下式：
[H+] = Ka {[弱酸]/[共軛堿]}
pH = pKa + lg {[共軛堿]/[弱酸]}
這就是Henderson-Hasselbach 等式。
如果[弱酸] = [共軛堿]，則
pH =pKa
緩沖原理
水合氫離子的濃度取決于弱酸與其共軛堿的濃度比。當(dāng)加入少量強(qiáng)堿時(shí)，酸被中和，導(dǎo)致了氫氧根在溶液中很少累積，從而的濃度增加，的濃度減少。可以看到，雖然加入了強(qiáng)堿，但是溶液里的氫氧根離子變化很少，同時(shí)，濃度較大，相對(duì)的變化小，兩者比值幾乎無變化，因此根據(jù)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。由于在 大濃度基數(shù)上的微小變化不會(huì)改變比值，也因此維持了體系內(nèi)氫離子和氫氧根離子濃度的平衡。
常見組成
常用作緩沖溶液的酸類由弱酸及其共軛酸鹽組合成的溶液具有緩沖作用。常見的緩沖體系有：
1、弱酸和它的鹽（如HAc---NaAc）
2、弱堿和它的鹽（NH3·H2O---NH4Cl）
3、多元弱酸的酸式鹽及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)鹽（如磷酸二氫鈉Na2HPO4）的水溶液組成。
PH計(jì)算
根據(jù)Henderson-Hasselbalch方程。
值得注意的是，式子中酸及其共軛堿的濃度都是平衡時(shí)的濃度，除了酸性過于強(qiáng)的情況下，由于同離子效應(yīng)的存在，一般都可用此式計(jì)算，
根據(jù)此式可得出下列幾點(diǎn)結(jié)論：
1.緩沖液的pH值與該酸的電離平衡常數(shù)Ka及鹽和酸的濃度有關(guān)。弱酸的pKa值衡定，但酸和鹽的比例不同時(shí)，就會(huì)得到不同的pH值。酸和鹽濃度相等時(shí)，溶液的pH值與PKa值相同。
2.酸和鹽濃度等比例增減時(shí)，溶液的pH值不變。
3.酸和鹽濃度相等時(shí)，緩沖液的緩沖效率為最高，比例相差越大，緩沖效率越低，緩沖液的一般有效緩沖范圍為pH=pKa±1,pOH=pKb±1。
認(rèn)識(shí)作用
分析測(cè)試中，在絡(luò)合滴定和分光光度法等許多反應(yīng)里都要求溶液的pH值保持在一個(gè)范圍內(nèi)，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沖溶液達(dá)到的，所以緩沖溶液是分析測(cè)試中經(jīng)常需要的一種試劑。采用電位滴定法測(cè)定外加酸或堿對(duì)不同配比同一種緩沖溶液的滴定曲線，不僅有助于理解緩溶液及緩沖容量的概念而且對(duì)分析測(cè)試中正確選緩沖溶液的配制方法及用量具有指導(dǎo)意義。
采用電位滴定法測(cè)定緩沖溶液的滴定曲線，選擇 了常見的氨水氯化銨緩沖溶液，分別按照不同的配比得到4種緩沖溶液，實(shí)驗(yàn)測(cè)定了強(qiáng)酸、強(qiáng)堿對(duì)緩沖 溶液的滴定曲線，滴定結(jié)果直觀清晰，對(duì)理解緩沖容 量的概念及實(shí)踐中緩沖溶液的選擇有積極的意義。
同時(shí)，我們?nèi)梭w的正常生理環(huán)境的維持離不開緩沖溶液，認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)緩沖溶液有利于我們深入認(rèn)識(shí)人體復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的機(jī)制。緩沖溶液對(duì)維持著人體正常的血液p H范圍。其中碳酸碳酸氫鈉是血漿中最主要的緩沖對(duì)，此對(duì)緩沖機(jī)制與肺的呼吸功能及腎的排泄和重吸收功能密切相關(guān)。正常人體代謝產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)入血液后與水結(jié)合成碳酸，碳酸與血漿中的碳酸氫根離子—組成共軛酸堿對(duì)，所以緩沖溶液在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中有著重要的意義。
相關(guān)舉例
常用作緩沖溶液的酸類由弱酸及其共軛酸鹽組合成的溶液具有緩沖作用。生化實(shí)驗(yàn)室常用的緩沖系主要有磷酸、檸檬酸、碳酸、食用醋酸、巴比妥酸、三羥甲基氨基甲烷（三羥甲基氨基甲烷）等系統(tǒng)，生化實(shí)驗(yàn)或研究工作中要慎重地選擇緩沖體系，因?yàn)橛袝r(shí)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素并不是緩沖液的pH值，而是緩沖液中的某種離子。如硼酸鹽、檸檬酸鹽、磷酸鹽和三羥甲基甲烷等中和劑都可能產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)。
硼酸鹽：硼酸鹽與許多化合物形成復(fù)鹽、如蔗糖。
檸檬酸鹽：檸檬酸鹽離子容易與鈣結(jié)合，所以存在有鈣離子的情況下不能使用。
磷酸鹽：在有些實(shí)驗(yàn)，它是酶的抑止劑或甚至是一個(gè)代謝物，重金屬易以磷酸鹽的形式從溶液中沉淀出來。而且它在pH7.5以上時(shí)緩沖能力很小。
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(tǒng)中也起抑制作用。其主要缺點(diǎn)時(shí)溫度效應(yīng)。這點(diǎn)往往被忽視，在室溫pH是7.8的Tris緩沖液，4℃時(shí)是8.4，37℃時(shí)是7.4，因此，4℃配制的緩沖液在37℃進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其氫離子濃度就增加了10倍。在pH7.5以下，其緩沖能力極為不理想。
CO2緩沖液
在高中生物中，光合作用實(shí)驗(yàn)里，CO2緩沖液有吸收CO2的能力，控制變量。
碳酸= H+ + HCO3﹣
pH= pKa + lg〔HCO3﹣〕/〔H2CO3〕
在正常血漿中，〔HCO3﹣〕︰〔CO2〕= 20︰1
pH=6.10+lg20/1=7.40
人體各組織、細(xì)胞代謝產(chǎn)生的CO2，主要通過血色素和氧合血紅蛋白的運(yùn)輸作用，被迅速運(yùn)到肺部排出，故幾乎不影響血漿的pH，當(dāng)產(chǎn)生比CO2酸性更強(qiáng)的酸（如磷酸、硫酸、冰醋等）時(shí)，血液中HCO3﹣/ CO2緩沖對(duì)便發(fā)揮緩沖作用，其中HCO3-可與代謝產(chǎn)生或外合產(chǎn)生CO2和H2O。增加的CO2大部分從肺部排出或通過血漿中蛋白質(zhì)緩沖對(duì)和與之作用，，使〔CO2〕降低；減少的HCO3﹣可通過腎臟進(jìn)行調(diào)節(jié)而得到補(bǔ)充，從而使
〔HCO3﹣〕，〔CO2〕和〔HCO3﹣〕/〔CO2〕都恢復(fù)正常。當(dāng)人體新陳代謝過程中產(chǎn)生的堿進(jìn)入血液時(shí)，血液中的H3O+便立即與它結(jié)合生成水。H3O+的消耗有碳酸的離解來補(bǔ)充，結(jié)果也使血液的pH 保持穩(wěn)定。
常用緩沖液配制
枸酸-磷酸二氫鈉
甲液：取枸櫞酸21g或碘化鈉枸櫞酸19.2g,加水使溶解成1000ml，置冰箱內(nèi)保存。
乙液：取磷酸氫二鈉71.63g，加水使溶解成1000ml。
取上述甲液61.45ml與乙液38.55ml，混合，搖勻，即得。
氨－氯化緩沖液
取氯化銨1.07g，加水使溶解成100ml，再加稀氨溶液(1→30)調(diào)節(jié)pH值至8.0，即得。
氨－氯化銨緩沖液
取氯化銨5.4g，加水20ml溶解后，加濃氨溶液35ml，再加水稀釋至100ml，即得。
取無水醋酸鈉20g，加水300ml溶解后，加溴酚藍(lán)1ml及乙酸60～80ml，至溶液從藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)榧兙G色，再加水稀釋至1000ml，即得。
醋酸－醋酸鈉緩沖液
取醋酸鈉18g,加冰醋酸9.8ml,再加水稀釋至1000ml，即得。
醋酸－醋酸鈉緩沖液
取醋酸鈉54.6g，加1mol/L醋酸溶液20ml溶解后，加水稀釋至500ml，即得。
醋酸－乙酸銨緩沖液
取醋酸銨7.7g，加水50ml溶解后，加冰醋酸6ml與適量的水使成100ml，即得。
食用醋酸醋酸銨緩沖液
取醋酸銨77g，加水約200ml使溶解，加乙酸57ml,再加水至1000ml，即得。
醋酸－醋酸銨緩沖液
取醋酸銨100g，加水300ml使溶解，加冰醋酸7ml,搖勻，即得。
磷酸鹽緩沖液
取0.2mol/L磷酸氫二鉀溶液250ml,加0.2mol/L氫氧化鈉118ml，用水稀釋至1000ml，即得。
參考資料 >