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缓冲液的pH值由哪些因素决定?

缓冲液的pH值由哪些因素决定?

发布时间:2019-05-27

缓冲液是一种能在加入少量酸或碱时抵抗pH改变的溶液。PH缓冲系统对维持生物的正常pH值,正常生理环境起重要作用。多数细胞仅能在很窄的pH范围内进行活动,而且需要有缓冲体系来抵抗在代谢过程中出现的pH变化。在生物体中有三种主要的pH缓冲体系,它们时蛋白质、重碳酸盐缓冲体系。每种缓冲体系所占的分量在各类细胞和器官中是不同的。
   在生化研究工作中,常常要用到缓冲溶液来维持实验体系的酸碱度。研究工作的溶液体系pH值的变化往往直接影响到我们工作的成效。如果提取酶实验体系的pH值变化或变化过大,会使酶活性下降甚至完全失活。所以我们要学会配制缓冲溶液。
   由弱酸及其盐组合一起使具有缓冲作用。生化实验室常常用的缓冲系主要有磷酸、柠檬酸、碳酸、醋酸、巴比妥酸、Tiris(三羟甲基氨基甲烷)等系统,在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止的作用。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一缓冲液,在4℃时是8.4,在37℃时是7.4,因此,4℃配制的缓冲液拿到37℃测量时,其氢离子浓度就增加了10倍。而且它在pH7.5以下,缓冲能力很差。
缓冲液的pH值由哪些因素决定?
   设缓冲系统的弱酸的电离常数为K(平衡常数),平衡时弱酸的浓度为[酸],弱酸盐的浓度为[盐],则由弱酸的电离平衡式可得下式:
   根据此式可得出下列几点结论:
(1)缓冲液的pH值与该酸的电离平衡常数K及盐和酸的浓度有关。弱酸一定,但酸和盐的比例不同时,可以得到不同的pH值。当酸和盐浓度相等时,溶液的pH值与PK值相同。
(2)酸和盐浓度等比例也增减时,溶液的pH值不便。
(3)酸和盐浓度相等时,缓冲液的缓冲效率为最高,比例相差越大,缓冲效率越低,一般地说缓冲液有效缓冲范围为PK±1pH。
   从上述可知,只要知道缓冲对的PK值,和要配制的缓冲液的pH值(及要求的缓冲液总浓度)时,可按公式计算出[盐]和[酸]的量。这样算涉及到对数的换算,较麻烦,前人为减少后人的计算麻烦,经计算已为我们总结出pH值与缓冲液对离子用量的关系列出了表格。讲义附录部分节录有磷酸缓冲液的配制表。只要我们知道要配制的缓冲液的pH,经查表便可计算处所用缓冲剂的比例和用量。例如配制500nmpH5.8浓度为0.1M磷酸缓冲液。
   经查表知pH5.8浓度为0.2M Na2HPO48.0毫升,而0.2M Na2HPO492.0毫升。依此可推论出配制100ml0.1M的磷酸缓冲液需要0.1M Na2HPO48.0毫升,而0.1M Na2HPO4需要92.0毫升。
 所以500ml 0.1M磷酸缓冲液需要Na2HPO4量为:
  需Na2HPO4量为  :
   计算好后,按计算结果称好药品,放于烧杯中,加少量蒸馏水溶解,转移入50ml容量瓶,加蒸馏水至刻度,摇匀,便得所需的缓冲液。
   各种缓冲溶液的配制,均按下表按比例混合,某些试剂,必须标定配成准确的浓度才能进行,如醋酸、NaOH等。