各种缓冲溶液的作用、缓冲范围和使用注意事项

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各种缓冲溶液的作用、缓冲范围和使用注意事项


作者：小析姐  
来源：实验与分析


　　缓冲溶液多种多样，在实验中经常使用，由此小析姐整理了关于各种缓冲溶液的作用、缓冲范围、选择与计算和使用注意事项，希望你能对缓冲溶液有一个全面的了解。


　　首先，什么是缓冲溶液?缓冲液(Buffer solution)通常是由「弱酸及其共轭碱」或「弱碱及其共轭酸」缓冲对所组成的溶液，能够在加入一定量其他物质时减缓pH的改变。以生物实验中最常用的一种缓冲液PBS为例，是由Na2HPO4、KH2PO4组成的缓冲对，在PH5.8-8.0范围内有较强的缓冲能力。


　　缓冲原理


　　假设缓冲溶液里含有弱酸HA以及它的共轭碱


　　。在溶液里发生的质子反应为：


　　水合氢离子的浓度取决于弱酸与其共轭碱的浓度比。当加入少量强碱时，酸被中和，导致了氢氧根离子在溶液中很少累积，从而


　　的浓度增加，


　　的浓度减少。可以看到，虽然加入了强碱，但是溶液里的氢氧根离子变化很少，同时，


　　浓度较大，相对的变化小，两者比值几乎无变化，因此根据公式，水合氢离子的浓度变化很小。加入弱酸则是同样的道理。由于在


　　大浓度基数上的微小变化不会改变比值，也因此维持了体系内氢离子和氢氧根离子浓度的平衡。


　　缓冲溶液的选择与计算


　　为了保证缓冲溶液有足够强的缓冲能力，在配制缓冲溶液时，需要做到：


　　为使共轭酸碱对的浓度比接近于1，应根据所需要维持的pH范围选择合适的缓冲对，使其中的弱酸的PKa等于或接近于所要求的pH。


　　例如，生物培养液中需用PH=7.0的缓冲溶液，已知H2PO4-的pKa2=7.21，因此，H2PO4—HPO42-是可以选择的合适的缓冲对。如若配制PH=9.0的缓冲溶液，则可选择NH3·H2O-NH4Cl缓冲对(pKa(NH4+)=9.25)。可见弱酸的Ka是选择缓冲溶液的主要依据，表中列出了几种常用的缓冲溶液。


　　常见组成


　　常用作缓冲溶液的酸类由弱酸及其共轭酸盐组合成的溶液具有缓冲作用。常见的缓冲体系有：


　　1、弱酸和它的盐(如HAc---NaAc)


　　2、弱碱和它的盐(NH3·H2O---NH4Cl)


　　3、多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐(如NaH2PO4---Na2HPO4)的水溶液组成。


　　而生化实验室常用的缓冲系主要有磷酸、柠檬酸、碳酸、醋酸、巴比妥酸、Tris(三羟甲基氨基甲烷)等系统，生化实验或研究工作中要慎重地选择缓冲体系，因为有时影响实验结果的因素并不是缓冲液的pH值，而是缓冲液中的某种离子。如硼酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐和三羟甲基甲烷等缓冲剂都可能产生不需要的化学反应。


　　硼酸盐：硼酸盐与许多化合物形成复盐、如蔗糖。


　　柠檬酸盐：柠檬酸盐离子容易与钙结合，所以存在有钙离子的情况下不能使用。


　　磷酸盐：在有些实验，它是酶的抑止剂或甚至是一个代谢物，重金属易以磷酸盐的形式从溶液中沉淀出来。而且它在pH7.5以上时缓冲能力很小。


　　三羟甲基氨基甲烷：它可以和重金属一起作用，但在有些系统中也起抑制作用。其主要缺点时温度效应。这点往往被忽视，在室温pH是7.8的Tris缓冲液，4℃时是8.4，37℃时是7.4，因此，4℃配制的缓冲液在37℃进行测量时，其氢离子浓度就增加了10倍。在pH7.5以下，其缓冲能力极为不理想。

　　缓冲溶液的作用


　　缓冲溶液的作用是在有限的范围内调整溶液的pH值使待测溶液的酸度符合分析方法所规定的范围，例如，苯酚在碱性介质及铁氰化钾存在下，可与4-氨基安替比林反应生成橙红色的安替比林染料，为了防止芳香胺类的干扰以pH在10士0.2时最为适宜。为此，就需要在待测溶液中加入氨一氯化钱缓冲溶液调整和控制待测溶液的pH为10.0士0.2。


　　在实际工作中有些分析人员由于不大了解缓冲溶液的作用机理，当所配制和使用的缓冲溶液与规定的数值不相符时，为使缓冲溶液达到要求，就用盐酸或氢氧化钠等强酸、强碱进行调节, 以为这样做可以使缓冲溶液尽快达到所需要的pH值，然而，结果却适得其反，这样的溶液pH值虽然调对了，可是它的缓冲体系却被破坏了，作用也就失去了，缓冲溶液一般都是由弱酸及其弱酸盐或是弱碱及其弱碱盐组成的一对共轭体。


　　使用中的注意事项


　　使用缓冲溶液的注意事项：不少缓冲溶液都含有易挥发组分，如，氨-氯化铵中的氨酷酸-醋酸钠中的醋酸。现在，不少实验室引入了定量加液器，用定量加液器加试剂，具有简便准确误差恒定的特点，特别是在做成批样品时更显出它的优越性，不少同志也喜欢用它来加缓冲液，但是，应注意缓冲液不能长久存放在定量加液器中，因该器皿不密闭，易造成氨的挥发(醋酸-醋酸钠缓冲液中的醋酸也同理)，从而，导致溶液失效，正确的做法是缓冲液应适量配制，使用后及时密闭并置于低温中保存。