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pH值和缓冲溶液

发布时间：2009/6/13 阅读次数：1255 字体大小: 【小】【中】【大】

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pH值是用来衡量溶液中氢离子（H^＋）浓度的指：它影响许多物质的溶解性和大多数生物系统的活性。

pH＝－log₁₀[H^＋]

1. pH值的测定：

染料	酸—碱颜色变化	有效pH范围
百里酚蓝（酸性）	红～黄	1.2～6.8
溴酚蓝	黄～蓝	1.2～6.8
刚果红	蓝～红	3.0～5.2
溴甲酚蓝	黄～蓝	3.8～5.4
刃天青	橙～紫黄	3.8～6.5
甲基红	红～黄	4.3～6.1
石蕊	红～蓝	4.5～8.3
溴甲酚紫	黄～紫	5.8～6.8
溴鹿香酚蓝	黄～蓝	6.0～7.6
中性红	红～黄	6.8～8.0
苯酚红	黄～红	6.8～8.2
百里酚蓝（碱性）	黄～蓝	8.0～9.6
酚酞	无色～红	8.3～10.0

1）PH指示剂

某些化合物（常是弱酸性）会因pH值的变化而改变颜色。它们可以少量加入溶液中或制成pH试纸条，都能作溶液pH值的指示剂。每种指示剂常在限定的pH范围内（通常1－2个pH单位）改变颜色：广泛指示剂/试纸是由多种染料混合而成，可测量较宽范围的pH值。由于受溶液中其他成分（包括氧化剂、还原剂和盐）的影响，指示剂并不能精确测量溶液的pH值。但是它们可以用在：

● 估计溶液的近似pH值；

● 测定pH值的变化，例如指示滴定终点或细菌代谢的酸产量；

● 建立细胞内不同胞器的近似pH值，如中性红用于“活体”染色。

2）pH电极

PH电极连接到pH计上，可以直接精确测出pH值。PH电极通常是一个组合电极，它有两个独立系统组成：一个对H^＋敏感的玻璃电极和一个不受H^＋浓度影响的参照电极。将电极浸入溶液，用电位计能测出两个电极之间依赖于pH值的电压。虽然有些手提式pH仪将两者组合在一起，且为了更耐用更轻便，常用对H^＋敏感的晶体管电极代替玻璃电极，但多数情况下，pH电极组合是通过电缆线与pH计连接的。

用玻璃电极pH计测定溶液的pH值：

测定pH值应遵循下列步骤，必要时查询厂商提供的手册，了解确切信息。不要试图省略以下任一步骤，尤其是那些有关温度影响的步骤，否则测定结果可能不准确。

1. 测量前先充分摇匀待测溶液：最好用磁力搅拌器。静置溶液，让其平衡至室温。

2. 记下所用每一溶液的温度，包括所有标准液和样品，因为温度会影响Kw、中性点

和pH值。

3. 在电位计上设置适当的温度补偿值。这一控制可补偿温度对电位计测得的电位差的

影响，而不允许存在依赖于温度的其他影响。简单的pH计没有温度补偿器，只能在特定温度20℃或25℃下使用，否则测量结果不准确。较复杂的pH计有自动温度补偿器。

4. 用蒸馏水冲洗电极，并用干净砂布轻轻吸干剩余的水。

5. 校准仪器：调整电位计至pH模式，然后把复合电极放入已知pH（通常为7.00）的

标准溶液中。该溶液可能以液体的形式提供，也可能要将一定量的校正标准物溶解在水中配制而成。调节校正控制钮以得到准确的pH值读数。记住，校正标准液只能在特定的温度下给出特定的pH值，通常是20℃或25℃。如果在其他温度测定，必须确定教正标准液的实际pH，可从供应商那里获得或从文献中查的。

6. 从校正标准溶液中取出pH电极，再次用蒸馏水冲洗：吸干剩下的水。

7. 校对好仪器后测量待测溶液的pH值：复合电极在两次测定间一定要彻底冲洗干净。

尤其是当溶液中含有机生物材料时，这一点要特别注意。因为这些物质会附着在玻璃电极上并影响仪器的准确性。如果电极在使用过程中被污染，在清洗之前要请管理员检查，避免易磨损材料接触玻璃电极表面。在测量每一溶液之前，要有充足时间来使pH读数稳定，因为非缓冲液需要数分钟才稳定，所以不要由于缺乏耐心而使pH读数不准确。

8. 使用完毕，不能让复合电极干燥。许多pH电极应保存在KCl中性溶液中，把复合

电极悬于小烧杯或电极帽中，其中盛适当的溶液。然而，许多实验室仅简单的用蒸馏水做保存液，导致复合电极内部的离子丢失。在实际操作中，这种将pH电极保存于蒸馏水中的方法比保存在KCl中要花费长得多的时间，其读数才能达到稳定。

9．将pH计转到零档，但不要关掉电源。如果让它一直通电，在正常工作时间内pH计读数会更稳定。

2. 缓冲液：

缓冲液（buffer solution）——能够缓冲由于加酸或碱而使H^＋浓度（pH值）改变的溶液。缓冲液通常是一种弱酸及其共轭基团的混合物。额外的质子可由阴离子基团中和，质子的减少（如由于氢氧根离子的加入）会由酸的解离来弥补，因此这一共轭对就充当了pH值改变的“缓冲液”。用缓冲液可以有效的控制pH值。

1）缓冲液的缓冲能力和对pH值的影响：

溶液抵抗pH值变化的范围称为溶液的缓冲能力。缓冲能力通过在特定的pH值处理滴定强酸或强碱来测定：结果曲线呈明显S形，其平台处缓冲能力最大。平台的中点代表溶液中酸及其共轭基团等量的pH值，用符号pKa表示，它与酸的解离常数的负对数Ka有关：

这个关系式叫做Henderson-Hasselblch方程式，它指出当酸与其共轭基团的比值等于1时溶液的pH值等于pKa，因为此时公式的后部分为零。因此，缓冲液的pKa是决定特定pH值下溶液缓冲能力的一个重要因素。它意味着在实验条件下溶液的最大缓冲能力在pKa值左右一个单位内。

2）选择合适的缓冲剂：

选择缓冲液时，要了解它的使用范围。柠檬酸和磷酸盐缓冲液很容易形成难溶的二价阳离子复合物，而磷酸盐也能用作为底物、

缓冲液的理论pH滴定曲线某些酶的抑制剂或活化剂。这两种缓冲液含

的都是具有生物学意义的阳离子, 如Na^＋或 K^＋。Tris常常对生物体系有毒：由于具有高度脂溶性，它能在完整细胞和分离的细胞器中穿过膜，使电子传递解偶联。此外，它容易受温度影响，从4℃升到37℃，H^＋的浓度增加了10倍。

一种用于生物学实验的理想缓冲剂应具有以下特点：

a. 不能透过生物膜；

b. 生物学稳定性以及不干扰新陈代谢和生物学过程；

c. 对紫外线和可见光无明显吸收；

d. 离子成分或盐浓度对实验的影响较小；

e. 温度对其pH值的影响极小。

3）缓冲液的配制：

选择了合适的缓冲液后，需要将溶液调节到希望的pH值。必须考虑两个因素：

a. 达到准确pH值所需酸和共轭碱的比例；

b. 缓冲液的需要量：缓冲能力依赖于酸和碱的绝对数量及其相对比例。

多数情况下，缓冲液含有的共轭对在10mmol/L到200mmol/L之间。对传统的缓冲液，习惯上把酸性和碱性母液按比例混合就得到所需的pH值。对于具有两性离子的酸来说，通常是把它先放到水中，然后加入一定量的强碱或强酸调到所需的pH值。也可以通过滴加酸或碱，用pH计检测pH值，直到pH值准确为止。

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