pH緩衝溶液、緩衝指數和緩衝容量

2020-12-04 食品檢驗員培訓網

1. 緩衝作用與緩衝溶液

純水在25℃時pH值為7.0，但只要與空氣接觸一段時間，因為吸收二氧化碳而使pH值降到5.5左右。1滴濃鹽酸(約12.4mol·L-1)加入1升純水中，可使[H+]增加5000倍左右(由1.0×10-7增至5×10-4mol·L-1)，若將1滴氫氧化鈉溶液(12.4mol·L-1)加到1升純水中，pH變化也有3個單位。可見純水的pH值因加入少量的強酸或強鹼而發生很大變化。然而，1滴濃鹽酸加入到1升HOAc-NaOAc混合溶液或NaH2PO4-Na2HPO4混合溶液中，[H+]的增加不到百分之一(從1.00×10-7增至1.01×10-7mol·L-1)，pH值沒有明顯變化。這種能對抗外來少量強酸\強鹼或稍加稀釋不引起溶液pH值發生明顯變化的作用叫做緩衝作用；具有緩衝作用的溶液，叫做緩衝溶液。

2. 緩衝溶液的組成

緩衝溶液由足夠濃度的共軛酸鹼對組成。其中，能對抗外來強鹼的稱為共軛酸，能對抗外來強酸的稱為共軛鹼，這一對共軛酸鹼通常稱為緩衝對、緩衝劑或緩衝系，常見的緩衝對主要有三種類型。

(1) 弱酸及其對應的鹽　例如，HOAc-NaOAc(實際上是OAc-)；H2CO3-NaHCO3；H2C8H4O4-KHC8H4O4(鄰苯二甲酸-鄰苯二甲酸氫鉀)；H3BO3-Na2B4O7(四硼酸鈉水解後產生H2BO-3)。

(2) 多元弱酸的酸式鹽及其對應的次級鹽，例如，NaHCO3-Na2CO3；NaH2PO4-Na2HPO4；NaH2C5HO7(檸檬酸二氫鈉)-Na2HC6H5O7；KHC8H4O4-K2C8H4O4。

(3) 弱鹼及其對應的鹽例如NH3-NH+4CL-；RNH2-RNH+3A-(伯胺及其鹽)；Tris-TrisH+A-(三羥甲基烷及其鹽)。

3. 緩衝容量與緩衝範圍

緩衝容量

緩衝能力的強弱，可用緩衝容量β表示。緩衝容量也叫緩衝值或緩衝指數。

對任何一種緩衝溶液的每一個pH值，都有其相應的緩衝量。緩衝容量實際上是一個微分比，可定義為：使1升緩衝溶液的pH值增高很小一個數值dpH時，需加入的強鹼物質的量為db，則db與dpH之比值叫緩衝容量，用數學式表示為β=db/dpH緩衝mol·L-1·pH-1。如總濃度(即共軛酸與共軛鹼濃度之和)為0.100mol·L-1 pH4.45的HOAc-NaOAc緩衝溶液(即醋酸緩衝溶液)的緩衝容量為0.051(mol·L-1·pH-1)。

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