淺談緩沖溶液的實際應用

石玉紅

（遼寧朝陽師范?？茖W校生化工程系，遼寧朝陽　122000）

淺談緩沖溶液的實際應用

石玉紅

（遼寧朝陽師范?？茖W校生化工程系，遼寧朝陽122000）

緩沖溶液的重要作用是控制溶液pH，許多化學反應和生物化學過程都與系統(tǒng)中的氫離子濃度有關，在酸催化反應中，控制PH，達到控制反應速率，許多難溶金屬氫氧化物，硫化物和碳酸鹽等的溶解度與PH有關，控制PH，達到分離和鑒定的目的。PH對人體正常細胞功能產(chǎn)生很大影響。本文在緩沖溶液作用原理的基礎上，討論了緩沖溶液在化學化工生產(chǎn)中以及生物體中的作用，闡明其應用的重大意義。

緩沖溶液作用原理應用

在化學化工生產(chǎn)中，而且在生命活動方面，緩沖溶液都發(fā)揮著極其重要的作用，在保持反應穩(wěn)定性方面，在保持產(chǎn)品穩(wěn)定性方面，在一些化學分析操作方面，都需要在一定PH范圍內(nèi)進行，而且在保證了細胞代謝的正常進行和整個機體的生存方面占有著重要地位。

1　緩沖溶液的作用原理［1］

一般的水溶液，若受到到酸和堿或水的作用，其PH容易發(fā)生明顯變化，但許多化學反應和生產(chǎn)過程常要求在一定的PH范圍內(nèi)才能進行或進行得比較完全。那么，怎樣的溶液才具有維持自身PH范圍不變的作用，實踐證明，弱酸與弱酸鹽，弱堿與若堿鹽等混合液具有這種作用。緩沖溶液是具有能夠抵御外加少量酸、堿或稀釋作用而本身保持PH基本不變的溶液。緩沖溶液可由弱酸和弱堿鹽組成，也可由弱堿及其弱酸鹽組成，還可由多元弱酸所組成的兩種不同酸度的鹽，如NaHCO3─Na2CO3混合溶液，NaH2PO4─Na2HPO4的混合溶液。緩沖溶液之所以具有緩沖作用，是由于緩沖體系中同時含有大量的抗酸成份和抗堿成份，當外加適量酸時，溶液中抗酸成份瞬間即與外加氫離子 結(jié)合，能抵消酸。當外加適量堿時，抗堿成份與外加氫氧根離子結(jié)合，能抵消堿。形象說，正如有兩個分別裝有抗酸成份和抗堿成份的大倉庫，加入少量強堿或強酸，庫中抗酸和抗堿成份保持不變由二者比值決定的溶液中氫離子濃度濃度不變，當然溶液PH不會有大的變化。在實踐中有時只需對氫離子或氫氧根離子有抵消作用即可。另一方面，在實踐中又是只需要對氫離子或?qū)溲醺x子有抵消即可，

由此可以根據(jù)需要選用合適的弱堿（或弱酸鹽）作為對酸的緩沖劑，選用合適的弱酸（或弱堿鹽）作為對堿的緩沖劑，例如：在電鍍等工業(yè)上常選用單一的硼酸、醋酸、檸檬酸、酒石酸，醋酸鈉、氟化鈉等作為緩沖劑。

2　緩沖溶液在化學、化工生產(chǎn)中的作用

2.1在物質(zhì)的制備中［2］

在制備難溶金屬氫氧化物、難溶金屬硫化物和碳酸鹽中，由于它們開始形成沉淀和沉淀完全時所需PH不同，所以為使沉淀完全，要用緩沖溶液控制溶液的PH值。水溶液的PH值對配離子能否在水溶液中穩(wěn)定存在也有著影響。例如：絕大多數(shù)金屬的氨絡離子在酸性溶液里是不能存在的，因為它們的配體氨分子會與氫離子 結(jié)合成銨根離子 ，從而使配離子不復存在。同樣，絕大多數(shù)金屬的氰絡離子在酸性溶液中也不能存在，因為配體氰根離子 會與氫離子 結(jié)合形成氫氰酸 。還有一些酸離子Fe（CN）64-、Fe（CN）63-在酸性強的溶液中也是不穩(wěn)的。另一方面，有些金屬離子的配離子穩(wěn)定常數(shù)較小，且這些金屬離子氫氧化物十分難溶時，在堿性溶液中，這些金屬的配離子會因生成金屬氫氧物沉淀而破壞。所以必須利用緩沖溶液控制PH值。為控制反應速率，甲酸分解一氧化碳與水反應中，氫離子作為催化劑。

2.2在離子的分離提純中

在工業(yè)生產(chǎn)中，如對含有雜質(zhì)Fe3+的ZnSO4溶液進行分離，弱單純考慮除去Fe3+，PH越高，則Fe3+沉淀越完全，F(xiàn)e3+被除得越完全，但實際上，PH不能太大，因為PH弱大，Zn2+會生成沉淀Zn（OH）2，因此在化學試劑ZnSO4的生產(chǎn)中，為了提純含有雜質(zhì)Fe3+的ZnSO4溶液，一般調(diào)節(jié)PH在一定的范圍內(nèi)，即保證Fe3+沉淀完全，又要保證Zn（OH）2不能生成沉淀。然后經(jīng)過過濾除去Fe（OH）3，將Zn2+與Fe3+分開。

在實際工作中弱ZnSO4溶液中除Fe3+外還存在Fe2+時，在除去Fe3+前要用適當方法，比如加入H2O2，把Fe2+氧化為Fe3+，再加入OH-。

3　在生物體中應用

在生物體如人體及高級動物中，緩沖溶液的作用尤為重要。H3O+濃度的微小變化就能對人體正常的細胞功能產(chǎn)生很大的影響，在生命體中僅有很窄的PH范圍是適宜的。如動脈血液的PH正常值為7.45，小于6.8或者大于8.0的時候，只要幾秒就會導致死亡。H3O+濃度稍高（PH偏低）將引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑郁癥，稍低的H3O+濃度（PH偏低）將導致興奮。

血漿的PH緩沖系統(tǒng)保持在PH為7.40左右，其中最重要的緩沖系統(tǒng)是H2CO3─HCO3-。紅血球中的PH為7.25，主要緩沖系統(tǒng)是H2CO3─HCO3-和血紅蛋白。血紅蛋白分子是復雜的蛋白質(zhì)分子，它含有許多可解離的質(zhì)子。

在人體中由血液參與的循環(huán)系統(tǒng)供給生命過程所需的O2、能量（營業(yè)）和排出廢物（CO2等），一般成年人體內(nèi)的血液大約有5升，血液組成相當復雜，其中血漿和紅血細胞是最基本的。血漿中含有許多化合物，包括蛋白質(zhì)，金屬離子和無機磷酸鹽。紅血球中含有血紅蛋白分子和碳脫水酶，這種酶能催化碳酸的形成和分解。在紅血球內(nèi)的物質(zhì)被細胞膜保護以不受血漿的侵害。細胞膜只允許某些分子通過它擴散。緩沖溶液H2CO3─ HCO3-起著重要作用，在腎液、唾液中也存在著。H2CO3─ HCO3-緩沖系統(tǒng)，在細胞內(nèi)和尿液中還有重要的H2PO4─ HPO42-緩沖系統(tǒng)，尿也被NH3─ NH4+系統(tǒng)所緩沖?？傊匀唤缰性S多水溶液能夠保持PH穩(wěn)定的原因都是由于溶液中存在濃度相當大的共軛酸堿對。例如：無論是酸性土壤還是堿性土壤，PH都相當穩(wěn)定，外加酸性或堿性的肥料、生物腐爛、植物的根釋放酸都不至于引起土壤酸度的激烈變化。但緩沖溶液的緩沖作用也是有一定范圍的，PH Pka±1為緩沖范圍，超過這個范圍，緩沖作用將明顯減弱，還有共軛酸堿的總濃度以0.01─0.1mol/l 為宜，同時緩沖體系的Pka應與所需保持的PH盡量接近。

［1］《分析化學》.武漢大學主編.高等教育出版社，1986.

［2］《分析化學》.華中師范學院等.高等教育出版社，1980.