浅谈缓冲溶液的实际应用

【摘 要】缓冲溶液的重要作用是控制溶液pH，许多化学反应和生物化学过程都与系统中的氢离子浓度有关，在酸催化反应中，控制PH，达到控制反应速率，许多难溶金属氢氧化物，硫化物和碳酸盐等的溶解度与PH有关，控制PH，达到分离和鉴定的目的。PH对人体正常细胞功能产生很大影响。本文在缓冲溶液作用原理的基础上，讨论了缓冲溶液在化学化工生产中以及生物体中的作用，阐明其应用的重大意义。

【关键词】缓冲溶液 作用原理 应用

在化学化工生产中，而且在生命活动方面，缓冲溶液都发挥着极其重要的作用，在保持反应稳定性方面，在保持产品稳定性方面，在一些化学分析操作方面，都需要在一定PH范围内进行，而且在保证了细胞代谢的正常进行和整个机体的生存方面占有着重要地位。

1 缓冲溶液的作用原理[1]

一般的水溶液，若受到到酸和碱或水的作用，其PH容易发生明显变化，但许多化学反应和生产过程常要求在一定的PH范围内才能进行或进行得比较完全。那么，怎样的溶液才具有维持自身PH范围不变的作用，实践证明，弱酸与弱酸盐，弱碱与若碱盐等混合液具有这种作用。缓冲溶液是具有能够抵御外加少量酸、碱或稀释作用而本身保持PH基本不变的溶液。缓冲溶液可由弱酸和弱碱盐组成，也可由弱碱及其弱酸盐组成，还可由多元弱酸所组成的两种不同酸度的盐，如 NaHCO3 ─ Na2CO3 混合溶液，NaH2PO4 ─ Na2HPO4 的混合溶液。缓冲溶液之所以具有缓冲作用，是由于缓冲体系中同时含有大量的抗酸成份和抗碱成份，当外加适量酸时，溶液中抗酸成份瞬间即与外加氢离子 结合，能抵消酸。当外加适量碱时，抗碱成份与外加氢氧根离子结合，能抵消碱。形象说，正如有两个分别装有抗酸成份和抗碱成份的大仓库，加入少量强碱或强酸，库中抗酸和抗碱成份保持不变由二者比值决定的溶液中氢离子浓度浓度不变，当然溶液PH不会有大的变化。在实践中有时只需对氢离子或氢氧根离子 有抵消作用即可。另一方面，在实践中又是只需要对氢离子或对氢氧根离子有抵消即可，

由此可以根据需要选用合适的弱碱（或弱酸盐）作为对酸的缓冲剂，选用合适的弱酸（或弱碱盐）作为对碱的缓冲剂，例如：在电镀等工业上常选用单一的硼酸、醋酸、柠檬酸、酒石酸，醋酸钠、氟化钠等作为缓冲剂。

2 缓冲溶液在化学、化工生产中的作用

2.1在物质的制备中[2]

在制备难溶金属氢氧化物、难溶金属硫化物和碳酸盐中，由于它们开始形成沉淀和沉淀完全时所需PH不同，所以为使沉淀完全，要用缓冲溶液控制溶液的PH值。水溶液的PH值对配离子能否在水溶液中稳定存在也有着影响。例如：绝大多数金属的氨络离子在酸性溶液里是不能存在的，因为它们的配体氨分子会与氢离子 结合成铵根离子 ，从而使配离子不复存在。同样，绝大多数金属的氰络离子在酸性溶液中也不能存在，因为配体氰根离子 会与氢离子 结合形成氢氰酸 。还有一些酸离子Fe（CN）64-、Fe（CN）63-在酸性强的溶液中也是不稳的。另一方面，有些金属离子的配离子稳定常数较小，且这些金属离子氢氧化物十分难溶时，在碱性溶液中，这些金属的配离子会因生成金属氢氧物沉淀而破坏。所以必须利用缓冲溶液控制PH值。为控制反应速率，甲酸分解一氧化碳与水反应中，氢离子作为催化剂。

2.2在离子的分离提纯中

在工业生产中，如对含有杂质Fe3+的ZnSO4溶液进行分离，弱单纯考虑除去Fe3+，PH越高，则Fe3+沉淀越完全，Fe3+被除得越完全，但实际上，PH不能太大，因为PH弱大，Zn2+会生成沉淀Zn（OH）2，因此在化学试剂ZnSO4 的生产中，为了提纯含有杂质Fe3+的ZnSO4 溶液，一般调节PH在一定的范围内，即保证Fe3+ 沉淀完全，又要保证Zn（OH）2不能生成沉淀。然后经过过滤除去Fe（OH）3 ，将Zn2+与Fe3+分开。

在实际工作中弱ZnSO4 溶液中除Fe3+ 外还存在Fe2+ 时，在除去Fe3+ 前要用适当方法，比如加入H2O2 ，把Fe2+ 氧化为Fe3+ ，再加入OH- 。

3 在生物体中应用

在生物体如人体及高级动物中，缓冲溶液的作用尤为重要。H3O+ 浓度的微小变化就能对人体正常的细胞功能产生很大的影响，在生命体中仅有很窄的PH范围是适宜的。如动脉血液的PH正常值为7.45，小于6.8或者大于8.0的时候，只要几秒就会导致死亡。H3O+ 浓度稍高（PH偏低）将引起中枢神经系统的抑郁症，稍低的H3O+ 浓度（PH偏低）将导致兴奋。

血浆的PH 缓冲系统保持在PH为7.40左右，其中最重要的缓冲系统是H2CO3 ─ HCO3- 。红血球中的PH为7.25，主要缓冲系统是H2CO3 ─ HCO3- 和血红蛋白。血红蛋白分子是复杂的蛋白质分子，它含有许多可解离的质子。

在人体中由血液参与的循环系统供给生命过程所需的O2 、能量（营业）和排出废物（CO2 等），一般成年人体内的血液大约有5升，血液组成相当复杂，其中血浆和红血细胞是最基本的。血浆中含有许多化合物，包括蛋白质，金属离子和无机磷酸盐。红血球中含有血红蛋白分子和碳脱水酶，这种酶能催化碳酸的形成和分解。在红血球内的物质被细胞膜保护以不受血浆的侵害。细胞膜只允许某些分子通过它扩散。缓冲溶液H2CO3 ─ HCO3- 起着重要作用，在肾液、唾液中也存在着。H2CO3 ─ HCO3- 缓冲系统，在细胞内和尿液中还有重要的H2PO4 ─ HPO42- 缓冲系统，尿也被NH3 ─ NH4+ 系统所缓冲。

总之，自然界中许多水溶液能够保持PH稳定的原因都是由于溶液中存在浓度相当大的共轭酸碱对。例如：无论是酸性土壤还是碱性土壤，PH都相当稳定，外加酸性或碱性的肥料、生物腐烂、植物的根释放酸都不至于引起土壤酸度的激烈变化。但缓冲溶液的缓冲作用也是有一定范围的，PH Pka±1 为缓冲范围，超过这个范围，缓冲作用将明显减弱，还有共轭酸碱的总浓度以0.01─ 0.1mol/l 为宜，同时缓冲体系的Pka 应与所需保持的PH 尽量接近。

参考文献：

[1]《分析化学 》.武汉大学主编.高等教育出版社，1986.

[2]《分析化学》. 华中师范学院等.高等教育出版社，1980.