缓冲溶液ようえき

缓冲溶液ようえき（德とく語ご：Pufferlösung；英語えいご：buffer solution；法語ほうご：solution tampon）指ゆび由ゆかり「弱酸じゃくさん及其共ども轭碱之の鹽類えんるい」或ある「弱じゃく碱及其共轭酸之の鹽類えんるい」所ところ组成的てき缓冲对配制せい的てき，能のう够在加入かにゅう一定量其他物质时减缓pH改あらため变的溶液ようえき ^[1]。

前述ぜんじゅつ定義ていぎ中ちゅう之の所以ゆえん要よう兩りょう種たね成なり對たい物質ぶっしつ，是ぜ因いん為ため反應はんのう可か以同時じ朝あさ向こう酸さん或ある鹼來緩衝かんしょう，舉例醋酸さくさん与あずか醋酸さくさん钠的てき混合こんごう溶液ようえき就是缓冲溶液ようえき。若わか加か盐酸，pH不ふ会かい下降かこう太ふと快かい，因いん为盐酸さん会かい跟醋酸さくさん钠反应，生成せいせい醋酸さくさん。相反あいはん，若わか加か氢氧化か钠，pH也不会かい增ぞう加太かだ快かい，因いん为氢氧化か钠会かい跟醋酸さくさん反はん应，生成せいせい醋酸さくさん钠^[2]。在ざい许多化学かがく反はん应中，缓冲溶液ようえき被ひ用よう于使溶液ようえき的てきpH值保持ほじ恒つね定じょう。缓冲溶液ようえき对生命いのち的てき产生与あずか进化具有ぐゆう重要じゅうよう意い义，因いん为多数すう生物せいぶつ都と只ただ能のう在ざい一定いっていpH范围内ない生せい长，例れい如血液けつえき就是一いち种缓冲溶液えき。

原理げんり

缓冲溶液ようえき之の所以ゆえん能のう减缓pH的てき改あらため变是因いん为其中ちゅう所しょ含有がんゆう的てき缓冲物ぶつ质所ところ形成けいせい的てき缓冲对，当とう溶液ようえき中ちゅう加入かにゅう少量しょうりょう酸性さんせい物ぶつ质时，缓冲对中的てき碱性组分子ぶんし与あずか之これ反はん应中和ちゅうわ，当とう溶液ようえき中ちゅう加入かにゅう少量しょうりょう碱性物ぶつ质时，缓冲对中的てき酸性さんせい组分子ぶんし与あずか之これ反はん应中和ちゅうわ，即そく同どう离子效こう应。

pH

缓冲溶液ようえき的てきpH可か以用亨とおる德森とくのもり-哈塞尔巴尔赫方かた程ほど来らい估算。以弱酸じゃくさんHA为例，HA的てき解かい离常数すう被ひ定てい义为：

K\mathrm {_{a}={\frac {[H^{+}][A^{-}]}{[HA]}}}

取と对数后きさき加か負號ふごう可か得え到いた：

{\mbox{pH}}={\mbox{p}}K\mathrm {_{a}+\log {\frac {[A^{-}]}{[HA]}}} .

即そく亨とおる德森とくのもり-哈塞尔巴尔赫方かた程ほど。式しき中ちゅう $\mathrm {HA}$ 指ゆび缓冲对组分ぶん中ちゅう的てき弱酸じゃくさん， $\mathrm {A^{-}}$ 指ゆび其共轭碱。显然由よし此式可知かち，当とう组分中ちゅう酸性さんせい物ぶつ质与碱性物ぶつ质浓度ど相等そうとう时（此时称しょう作さく半はん中和ちゅうわ，英語えいご：half-neutralization），溶液ようえき ${\mbox{pH}}={\mbox{p}}K\mathrm {_{a}}$ 。所以ゆえん一般配制缓冲溶液时常选取 ${\mbox{p}}K\mathrm {_{a}}$ 与あずか溶液ようえき要よう控ひかえ制せい的てきpH值相近ちか的てき弱酸じゃくさん。但ただし由よし于离子强度きょうど的てき影かげ响，缓冲溶液ようえき的てきpH与あずか理り论值稍やや有ゆう不同ふどう。如两种在组分浓度相しょう同どう的てき磷酸氢二に钠-磷酸二に氢钠缓冲溶液ようえき的てきpH是ぜ7.4（磷酸 ${\mbox{p}}K\mathrm {_{a}} \mathrm {_{2}} =7.96$ ）。

用よう两种或ある两种以上いじょう调节范围相互そうご重じゅう叠的缓冲物ぶつ质配はい制せい的てき缓冲溶液ようえき可か以获得どく更さら大だい的てき缓冲范围。

应用

缓冲溶液ようえき有ゆう许多用途ようと，例れい如人体じんたい血液けつえき中ちゅう含有がんゆう磷酸二に氢根-磷酸氢根、碳酸-碳酸氢钠等ひとし多た对缓冲对，维持血液けつえき的てきpH在ざい7.35至いたり7.45之これ间^[3]，以维持じ酶的活性かっせい。

在ざい工こう业上，缓冲溶液ようえき常つね被ひ用よう于调节染料りょう的てきpH。缓冲溶液ようえき还可以被用よう于pH计的てき校正こうせい^[4] 。

常つね见缓冲溶液えき

成分せいぶん	pH调节范围
盐酸-柠檬酸さん钠	1 - 5
柠檬酸さん-柠檬酸さん钠	2.5 - 5.6
乙おつ酸さん-乙おつ酸さん钠	3.7 - 5.6
K₂HPO₄-KH₂PO₄	5.8 - 8 ^[5]
Na₂HPO₄-NaH₂PO₄	6 - 7.5 ^[6]
硼酸ほうさん-氢氧化か钠	9.2 - 11

广域缓冲溶液ようえき

两种以上いじょう的てき缓冲对配制せい而成的てき溶液ようえき可か以获得どく更さら大だい的てきpH调节范围^[7]。配はい制せい缓冲溶液ようえき时常用じょうよう磷酸，因いん为它是ぜ一いち种三さん级电离的てき弱酸じゃくさん。下面かめん列れつ出で的てき缓冲溶液ようえき（称しょう作さくMcIlvaine缓冲溶液ようえき^[8]）pH调节范围为（3-8）：

0.2Mol/L Na₂HPO₄	0.1Mol/L柠檬酸さん	pH...
20.55	79.45	3.0
38.55	61.45	4.0
51.50	48.50	5.0
63.15	36.85	6.0
82.35	17.65	7.0
97.25	2.75	8.0

柠檬酸さん、磷酸氢钾、硼酸ほうさん与あずか二乙基巴比妥酸的pH调节范围为2.6-12。^[9]

除じょ此之外がい常用じょうよう的てき广域缓冲溶液ようえき还有卡莫第だい缓冲溶液ようえき（Carmody buffer）和わ1931年ねん发明的てき布里ふり顿-罗宾逊缓冲溶液えき（英えい语：Britton-Robinson buffer）。

生物せいぶつ学がく实验中ちゅう常用じょうよう的てき缓冲溶液ようえき

俗称ぞくしょう	25°C下した的てきpK_a	缓冲范围	温度おんど影かげ响 dpH/dT (1/K) **	相あい对分子こ质量	全ぜん称しょう
TAPS	8.43	7.7–9.1	−0.018	243.3	三羟甲基甲胺基丙磺酸
Bicine	8.35	7.6–9.0	−0.018	163.2	N,N-双そう(2-羟乙基もと)甘あま氨酸
Tris	8.06	7.5–9.0	−0.028	121.14	三羟甲基氨基甲烷
Tricine	8.05	7.4–8.8	−0.021	179.2	N-三さん-(羟甲基もと)甲きのえ基はじめ氨基乙おつ酸さん
HEPES	7.55	6.8–8.2	−0.014	238.3	4-(2-羟乙基もと)-1-哌嗪乙おつ烷磺酸さん半はん钠盐
TES	7.40	6.8–8.2	−0.020	229.20	N-三さん(羟甲基もと)甲きのえ基はじめ-2-氨基乙おつ磺酸
MOPS	7.20	6.5–7.9	−0.015	209.3	3-（N-吗啡啉）乙おつ磺酸
PIPES	6.76	6.1–7.5	−0.008	302.4	哌嗪-N，N'-二に(2-乙おつ磺酸）
Cacodylate	6.27	5.0–7.4		138.0	二に甲きのえ基はじめ胂酸
SSC	7.0	6.5-7.5		189.1	柠檬酸さん钠
MES	6.15	5.5–6.7	−0.011	195.2	2-吗啉乙おつ磺酸

** 仅为近似きんじ值 ^[10]

参考さんこう文献ぶんけん

^ Hädener, Alfons; Kaufmann, Heinz. Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie 14. Auflage. Birkhäuser. 2006: S.151–152. ISBN 3764370416.
^ Latscha, Hans-Peter; Klein, Helmut Alfons; Mutz, Martin. Allgemeine Chemie: Chemie-Basiswissen 10. Auflage. Springer. 2011: Seite 239. ISBN 3642175228 （德とく语）.
^ Scorpio, R. Fundamentals of Acids, Bases, Buffers & Their Application to Biochemical Systems. 2000. ISBN 0787273740.
^ Hulanicki, A. Reactions of acids and bases in analytical chemistry. Horwood. 1987. ISBN 0853123306. (translation editor: Mary R. Masson)
^ 存そん档副本ふくほん (PDF). [2010-07-05]. （原始げんし内容ないよう (PDF)存そん档于2013-01-23）.
^ 存そん档副本ふくほん. [2010-07-05]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2008-08-29）.
^ Kunze, Udo R.; Schwedt, Georg. Grundlagen der quantitativen Analyse 6. Auflage. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2009: S.115–117. ISBN 352732075X.
^ McIlvaine, T. C. (1921). A buffer solution for colorimetric comparaison. J. Biol. Chem. 49: 183-186. http://www.jbc.org/content/49/1/183.full.pdf （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
^ Medham, J.; Denny, R.C.; Barnes, J.D.; Thomas, M. Vogel's textbook of quantitative chemical analysis 5th. Ed. Harlow: Pearson Education. 2000. ISBN 0 582 22628 7. Appendix 5
^ Buffer Reference Center. Sigma-Aldrich. [2009-04-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2009-04-17）.

參まいり见

[Hädener_普通化学_Allgemeine_Chemie-1] Hädener, Alfons; Kaufmann, Heinz. Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie 14. Auflage. Birkhäuser. 2006: S.151–152. ISBN 3764370416.

[Latscha_普通化学_Allgemeine_Chemie-2] Latscha, Hans-Peter; Klein, Helmut Alfons; Mutz, Martin. Allgemeine Chemie: Chemie-Basiswissen 10. Auflage. Springer. 2011: Seite 239. ISBN 3642175228 （德とく语）.

[Scorpio_2000-3] Scorpio, R. Fundamentals of Acids, Bases, Buffers & Their Application to Biochemical Systems. 2000. ISBN 0787273740.

[hul-4] Hulanicki, A. Reactions of acids and bases in analytical chemistry. Horwood. 1987. ISBN 0853123306. (translation editor: Mary R. Masson)

[5] 存そん档副本ふくほん (PDF). [2010-07-05]. （原始げんし内容ないよう (PDF)存そん档于2013-01-23）.

[6] 存そん档副本ふくほん. [2010-07-05]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2008-08-29）.

[Kunze_课本_Allgemeine_Analyse-7] Kunze, Udo R.; Schwedt, Georg. Grundlagen der quantitativen Analyse 6. Auflage. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2009: S.115–117. ISBN 352732075X.

[8] McIlvaine, T. C. (1921). A buffer solution for colorimetric comparaison. J. Biol. Chem. 49: 183-186. http://www.jbc.org/content/49/1/183.full.pdf （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）

[9] Medham, J.; Denny, R.C.; Barnes, J.D.; Thomas, M. Vogel's textbook of quantitative chemical analysis 5th. Ed. Harlow: Pearson Education. 2000. ISBN 0 582 22628 7. Appendix 5

[10] Buffer Reference Center. Sigma-Aldrich. [2009-04-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2009-04-17）.

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