缓冲容量与缓冲盐

缓冲溶液与缓冲容量

一、概念

缓冲溶液：能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而能保持其pH基本不变的溶液，称为缓冲溶液（buffer solution）。

缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用（buffer action）

缓冲容量()：使单位体积缓冲溶液的pH改变1个单位时,所需加入的强酸、强碱的物质的量。是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度。单位：mol/L·pH或mmol/L·pH

PH：氢离子浓度指数（hydrogen ion concentration）是指溶液中氢离子的总数和总物质的量的比。

PKa：酸度系数（酸离解常数）：是指一个特定的平衡常数，以代表一种酸离解氢离子的能力，隶属于酸碱质子理论的概念，它反映了一种酸将质子传递给水，形成H3O+的能力，即反映了酸的强度。

二、缓冲溶液组成和缓冲机制

普通缓冲溶液：由共轭酸碱对组成，用于控制溶液酸碱度。如HAc和NaAc混合溶液、NH3与NH4Cl混合溶液都可组成缓冲溶液。

标准缓冲溶液—它是由规定浓度的某些逐级离解常数相差较小的单一两性物质或不同型体的两性物质所组成。校正pH计用的标准缓冲溶液，如酒石酸氢钾、邻苯二甲酸氢钾、KH2PO4-Na2HPO4，硼砂的溶液也具有缓冲作用。

三、缓冲溶液的缓冲机制

缓冲溶液：HAc-NaAc

HAc + H2O ⇌ H3O+ + Ac -

NaAc Na+ + Ac -

加入H3O+，平衡←Ac- 抵消H3O+（Ac-：抗酸成分）

加入OH-，

OH- + H3O+（平衡） 2H2O HAc补充消耗的H3O+（HAc：抗碱成分）

四、缓冲容量的影响因素

1、缓冲容量的大小，与缓冲组分的浓度有关。下面举例说明：

(1) 0.20 mol·L-1 HAc-0.20 mol·L-1 NaAc缓冲溶液

在此溶液中，HAc和Ac－的总浓度为0.40 mol·L-1，而它们的浓度的比值为1 1，即：

如果在100 mL的这种溶液中，加入0.1 mL 1 mol·L-1 HCl，即增加H+浓度0.001 mol·L-1，则：

这时溶液的pH基本不变。

(2) 0.020 mol·L-1 HAc-0.020 mol·L-1 NaAc缓冲溶液

在此溶液中，HAc和Ac－的总浓度为0.040 mol·L-1，为前者的1/10，但它们浓度的比值仍为11，故溶液的pH为：

如果在100 mL的这种溶液中，同样增加H+浓度0.001 mol·L-1，则：

改变了0.04个单位。

2、当缓冲组分的总浓度一定时，缓冲容量的大小，还与缓冲组分浓度的比值有关。

(1) 0.20 mol·L-1HAc-0.20 mol·L-1 NaAc缓冲溶液

在100 mL 0.20 mol·L-1 HAc-0.20mol·L-1 NaAc溶液(pH=4.74)中，如果增加的H+浓度为0.001mol·L-1，前面已经计算过，溶液的pH基本不变。

（2）0.36 mol·L-1HAc-0.04 mol·L-1 NaAc缓冲溶液

在此溶液中，HAc和Ac－的总浓度也是0.40mol·L-1，但它们的浓度的比值为91，即：

如果在100 mL 的这种溶液中，同样增加H+浓度0.001 mol·L-1，则：

这时溶液的pH改变了3.79 3.77 = 0.02个单位。

结论：

缓冲容量的大小与下列因素有关：

(1)、与缓冲溶液的总浓度有关，总浓度越大，缓冲容量也越大

(2)、与两种组分浓度比有关。

C（酸）/C（共轭碱）为（1:1）时，缓冲容量最大。

两种组分浓度比越远离1，缓冲容量就越小。至某一定程度时就失去缓冲作用。

缓冲溶液的缓冲范围 ：

cHB cB- = 11时 pH = pKa

cHB cB- = 101时 pH = pKa + 1

cHB cB- = 110时 pH = pKa 1

缓冲溶液的缓冲范围一般为：pH=pKa±1

其缓冲范围是：pH＝3.74～5.74。

其缓冲范围是：pH＝8.26～10.26。

五、高效液相色谱法中选择缓冲盐的注意事项

在高效液相色谱法中，分离酸或碱缓冲溶液对维持流动相恒定pH和提高保留时间的重现性都非常重要。怎么选择缓冲液：

▲Pka和缓冲容量

▲溶解度

▲紫外吸光度（使用UV检测器）

▲挥发性（MS蒸发光散射检测器）

▲离子对性质

▲稳定性和仪器的兼容性

根据以上的理论，流动相缓冲容量取决于缓冲盐的pka，缓冲盐浓度，流动相pH。

当缓冲液中溶质的的两种形态（HA和 A-）浓度相等时，即缓冲盐的pka与流动相pH相等时，缓冲能力最大。当流动相的pH与缓冲盐的pka相差越大，缓冲盐的缓冲容量就越小。因此缓冲的pka与流动相的pH相差不能超过±1.0个单位。

流动相的缓冲容量一般与缓冲液浓度成正比关系，通常浓度范围为5~25mmol/l。

样品溶解在流动相中可以避免在反相色谱过程中发生缓冲能力的问题，尤其是流动相缓冲液浓度较低或注入样品量较大的时候尤为重要。

当缓冲容量偏低时，可以从以下方面调节缓冲容量：

1、减少缓冲液pKa与流动相pH之间的差异（可调节pH或更换缓冲液）

2、矿大流动相pH和溶质pKa之间的差异（当差异足够大时，溶质倍完全离子化或者保持非离子化形式此时缓冲液显的不重要了）

3、增加缓冲液浓度

4、减少样品进样体积

5、调节样品的pH与流动相的一致。

附上常用缓冲盐pka

本文为本人根据网络上的一些知识和现代液相色谱技术导论汇总而成，如有错误之处，请不吝赐教。（guoqiaoling）

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/3b5c160485868762caaedd3383c4bb4cf7ecb7e0.html