《缓冲溶液的配制与性质》黄燕军

实验三 缓冲溶液的配制和性质、溶液pH 值测定

【实验目的】

1. 学习缓冲溶液及常用等渗磷酸盐缓冲溶液的配制方法。

2. 加深对缓冲溶液性质的理解。

3. 强化吸量管的使用方法。

4. 学习使用pHS-2C 型酸度计。

5.

培养环境保护意识。

【预习作业】

1. 一般性溶液与缓冲溶液有什么不同？为什么缓冲溶液具有缓冲能力?

2. 缓冲溶液的性质有哪些？缓冲溶液的pH 值由哪些因素决定?

3. 如何衡量缓冲溶液的缓冲能力大小？缓冲溶液的缓冲能力与什么因素有关？

4. 实验是如何设计以验证缓冲溶液所具有的性质及缓冲容量的影响因素的，设计时有哪些注意事项？

5. 该如何检测缓冲溶液的pH 值是否发生改变？是否均需要用pH 计？

6. 本实验属定量测定还是定性测定或半定量测定？

【实验原理】

普通溶液不具备抗酸、抗碱、抗稀释作用。 缓冲溶液通常是由足够浓度的弱酸及其共轭碱、弱碱及其共轭酸或多元酸的酸式盐及其次级盐组成的溶液，具有抵抗外加的少量强酸或强碱、或适当稀释而保持溶液pH 值基本不变的作用。

本实验通过将普通溶液和配制成的缓冲溶液对加入酸、碱或适当稀释前后pH 数值的变化来探讨缓冲溶液的性质。

根据缓冲溶液中共轭酸碱对所存在的质子转移平衡：

HB ? B －+H 3O +

缓冲溶液pH 值的计算公式为：

缓冲比lg a p ]

共轭酸[]

共轭碱[lg a p [HB]][B lg p pH －+=+=+=K K K a

式中p K a 为共轭酸解离常数的负对数。此式表明：缓冲溶液的pH 值主要取决于弱酸的p K a

值，其次决定于其缓冲比。

需注意的是，由上述公式算得的pH 值是近似的，准确的计算应该用活度而不应该用浓度。要配制准确pH 值的缓冲溶液，可参考有关手册和参考书上的配方，它们的pH 值是由精确的实验方法确定的。

缓冲容量（β）是衡量缓冲能力大小的尺度。缓冲容量（β）的大小与缓冲溶液总浓度、缓冲组分的比值有关。

1＋缓冲比]

[B ×

＝2.303 ]

[HB]＋[B ][B ×[HB]×β＝2.303－－－ 缓冲溶液总浓度越大则β越大；缓冲比越趋向于1,则β越大，当缓冲比为1时，β达极

大值。

实验室中最简单的测定缓冲容量的方法是利用酸碱指示剂变色来进行判断的。例如：本实验就使用了甲基红指示剂。

表2-3-1 甲基红指示剂变色范围

pH 值 ＜4.2 4.2～6.3 ＞6.3 颜色

红色

橙色

黄色

医学上常用PBS(等渗磷酸盐缓冲盐水)作为体外细胞缓冲培养液。PBS 是与人体血浆渗透

压(280～320mOsmol·L -1

)等渗，并与人体血液pH 值(7.35～7.45)一致的含有NaCl 、KCl 、Na 2HPO 4、KH 2PO 4等物质的磷酸盐缓冲液。根据不同用途，PBS 有不同的配制方法，如用于细胞培养的pbs 配方为：8g NaCl ，0.2g KCl ，0.24g KH 2PO 4，1.44g Na 2HPO 4，加水至800ml ，用HCl 调pH 至7.4，补水至1L ，消毒灭菌既得。

其在水溶液中的质子转移平衡如下：

H 2PO 4－＋H 2O ? H 2PO 42－＋H 3O +

K a 2

由上式可知该缓冲液pH 的计算公式为

2-42-24[HPO ][]pH p a lg p a lg [][KH PO ]

K K =+=+共轭碱共轭酸 该公式计算出来的数值由于未考虑溶液的活度，所以所得的数值仍为近似值。

【仪器与试剂】

仪器：吸量管(1ml ×2，2ml ×3，5ml ×2，20ml ×1)，量筒(1ml ×2，2ml ×1)，烧杯(50ml ×4，

500ml ×1)，试管(10ml ×15)，试管架一个，滴管1支，玻棒1支，洗瓶一个，pHS-2C 型酸度计等

试剂：1.0mol·L -1 HAc ，0.1mol·L -1HAc ，1.0mol·L -1 NaAc ，0.10mol·L -1

NaAc ，

0.15mol·L -1KH 2PO 4，0.10mol·L -1Na 2HPO 4，0.15mol·L -1NaCl ，0.15mol·L -1

KCl ，

1.0mol·L -1NaOH ，1.0mol·L -1HCl ，0.15mol·L -1

HCl ，蒸馏水，甲基红指示剂，广泛pH 试纸，自带试样两份

【实验步骤】（方法1）

一、缓冲溶液的配制

用吸量管按照表2-3-2中规定的试剂规格和用量，将各试剂分别加入到已标号的指定容器中混匀，备用。

二、缓冲溶液的性质

1. 缓冲溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用

取7支10ml 试管，按表2-3-3要求进行实验，记录实验数据，解释所得结果。

2. 缓冲容量与缓冲溶液总浓度（c ）及缓冲比]

HB []

B [-的关系

取6支10ml 试管，按表2-3-4要求进行实验。记录实验数据，解释所得结果。

注意：5，6号试管滴加1.0mol·L -1

NaOH 溶液时每加一滴NaOH 溶液都要使溶液混合均匀，至溶液的颜色刚好变成黄色。记录所加的滴数。

三、PBS 溶液及自带试样溶液pH 值的测定

先用pH 试纸测量PBS 溶液及自带试样溶液的pH 值。然后用pHS-2C 型酸度计分别测定它们的pH 值，比较一下所测的pH 数值是否与你预想的一致。

【数据记录与结果分析】

日期：

温度：

相对湿度

表2-3-2 缓冲溶液的配制

－1

甲 HAc 1.0 3.00 6.00 10ml 试管 NaAc 1.0 3.00 乙 HAc 0.10 2.00 4.00 10ml 试管 NaAc 0.10 2.00 丙

HAc 0.10 0.10 1.00

10ml 试管

NaAc 0.10 0.90 细胞培养用

PBS

KH 2PO 4 0.15 0.20 17.70 50ml 烧杯

Na 2HPO 4 0.10 1.70 NaCl 0.15 15.50 KCl

0.15

0.30

表2-3-3 缓冲溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用

实验编号 1 2 3 4 5 6 7 缓冲溶液（甲）/ml

1.0 1.0 / / / / 1.0 H 2O /mL / / 1.0 1.0 / /

2.0 NaCl /mL / / / / 1.0 1.0 / pH(1)

1.0mol·L -1

HCl /滴 1 / 1 / 1 / / 1.0mol·L -1NaOH /滴

/ 1 / 1 / 1 / pH(2) ∣⊿pH ∣

结论：

表2-3-4 缓冲容量β与缓冲比（]

HB []

B [-）及缓冲溶液总浓度（c ）间的关系

实验项目 β与c 关系

β与]

HB []B [-关系

实验编号 1 2 3 4 5 6 缓冲溶液（甲）/mL 1.0 / 1.0 / / / 缓冲溶液（乙）/mL / 1.0 / 1.0 1.0 / 缓冲溶液（丙）/mL

/ / / / / 1.0 pH(1) 甲基红指示剂 /滴

/ / / / 1 1 溶液颜色 / / / / 1.0mol·L -1

HCl /滴

1 1 /

/

/ / 1.0mol·L -1

NaOH /滴

/

/

1

1

至溶液刚好变成黄色 滴

至溶液刚好变成黄色 滴

pH(2)

∣⊿pH∣

结论：

表2-3-5 PBS溶液及自带试样溶液pH值的测定

实验项目PBS溶液自带试样1自带试样2

pH试纸

pHS-2C酸度计

备注：本实验方法配制的细胞培养用PBS溶液，已与人体血浆渗透压等渗，若PBS溶液pH 不等于7.4，可直接用0.15mol·L-1HCl调节至7.4。

（方法2）

【仪器与试剂】

仪器：吸量管(1ml×2，2ml×1，20ml×1)，量筒(1ml×5)，烧杯(50ml×4，500ml×1)，试管(10ml×18)，试管架一个，滴管1支，玻棒1支，洗瓶一个，pHS-2C型酸度计等试剂：1.0mol·L-1 HAc，0.1mol·L-1HAc，1.0mol·L-1 NaAc，0.10mol·L-1 NaAc，

0.15mol·L-1KH2PO4，0.10mol·L-1Na2HPO4，0.15mol·L-1NaCl，0.15mol·L-1KCl，

1.0mol·L-1NaOH，1.0mol·L-1HCl，0.15mol·L-1HCl，蒸馏水，甲基红指示剂，广泛pH试纸，自带试样两份

【实验步骤】

一、一般溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用

取10支10ml试管，按照表2-3-6中要求进行实验。记录实验数据，解释普通溶液是否具有抗酸、抗碱、抗稀释作用。

二、缓冲溶液的配制及性质

取8支10ml试管，按照表2-3-7中要求进行实验。记录实验数据，解释缓冲溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用及缓冲容量的影响因素。

三、PBS溶液的配制及自带试样溶液pH值的测定

取50ml烧杯3个，其中一个按照表2-3-8中用量配制PBS溶液，然后用pH试纸测量PBS溶液及自带试样溶液的pH值。再用pHS-2C型酸度计分别测定它们的pH值，比较一下所测的pH数值是否与你预想的一致。

【数据记录与结果分析】

日期：温度：相对湿度

1.0mol·L-1NaAc /ml 1.0 1.0

1.0mol·L-1HAc /ml 1.0 1.0

0.1mol·L-1NaAc/ml 1.0 1.0

0.1mol·L-1HAc/ml 1.0 1.0

0.15mol·L -1

NaCl/ml

1.0 1.0

pH(1)

1.0mol·L -1

HCl /滴 2 2

2

2

2

1.0mol·L -1NaOH /滴 2 2

2

2

2

pH(2) ∣⊿pH ∣= ∣pH(2)－pH(1)∣

H 2O （ml ） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 pH(3) ∣⊿pH ∣= ∣pH(3)－pH(2)∣

结论：

表2-3-7 缓冲溶液的配制及性质

编号

1 2 3 4 5 6 7 8

1.0mol·L -1

NaAc /ml 1.0 1.0 1.0 1.0mol·L -1HAc /ml 1.0 1.0 1.0

0.1mol·L -1NaAc /ml 1.0 1.0 1.0 1.0 0.2 0.1m ol·L -1HAc /ml 1.0 1.0 1.0 1.0 1.8 缓冲溶液总浓度

缓冲比

pH 值 甲基红/滴 2 2 1.0mol·L -1HCl /滴

2

2

1.0mol·L -1

NaOH /滴

2 2

至溶液刚好变成黄色 滴 至溶液刚好变成黄色 滴 H 2O （ml ） 5.0 5.0 pH 值

∣⊿pH ∣

结论：

表2-3-8 细胞培养用PBS 缓冲溶液的配制及自带试样溶液pH 值的测定 试剂

用量/mL 总体积/mL pH 值（试纸）

pH 值（仪器）

0.15 mol·L －1

KH 2PO 4

0.20 17.70

0.10 mol·L －1

Na 2HPO 4

1.70 0.15 mol·L －1

NaCl

15.50 0.15 mol·L －1

KCl 0.30 自带试样溶液1 自带试样溶液2

结论：

【思考题】

1.pH试纸与pHS-2C型酸度计测定溶液的pH值的准确度如何?

2.为何每测定完一种溶液，复合电极需用蒸馏水洗净并吸干后才能测定另一种溶液?

3.如果只有HAc和NaOH，HCl和NH3·H2O，KH3PO4和NaOH，能够进行上述实验吗？你将怎样进行设计实验？

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）