缓冲溶液之功效

缓冲溶液之功效摘要：缓冲溶液对于工农业生产，科研工作及一切生命过程等，都是相当重要的。徐徐多多的过程只要在一定的PH值范围内顺利进行。缓冲溶液一般是由溶度较大的弱碱（或弱酸）及其共轭酸（或共轭碱）所组成。本文对缓冲溶液的功效进行初步的分析了解，以及在医学中的重要运用进行简单的解释，以及生活中常见的缓冲溶液功之效。关键词：缓冲溶液PH值医学日常生活功效引言:缓冲溶液对于工农业生产，科研工作及一切生命过程等，都是相当重要的。徐徐多多的过程只要在一定的PH值范围内顺利进行。缓冲溶液一般是由溶度较大的弱碱（或弱酸）及其共轭酸（或共轭碱）所组成。缓冲溶液是一种能在加入少量酸或碱和水时大大降低pH变动幅度的溶液。pH缓冲系统对维持生物的正常pH值和正常生理环境起到重要作用。多数细胞仅能在很窄的pH范围内进行活动，而且需要有缓冲体系来抵抗在代谢过程中出现的pH变化。在生物体中有三种主要的pH缓冲体系，它们是蛋白质缓冲系统、重碳酸盐缓冲系统以及磷酸盐缓冲系统。每种缓冲体系所占的分量在各类细胞和器官中是不同的。本文对缓冲溶液进行初步的分析，对其在医学中的重要运用进行简单的解释，以及生活中常见的缓冲溶液醋——功之效。一：缓冲溶液的组成和作用1.概念:能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其pH值基本不变的溶液。2.缓冲溶液的组成缓冲溶液一般由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。根据缓冲对组成的不同，可把缓冲对分为三种类型：(1)、弱酸和它的盐（如HAc---NaAc，NaHCO3-Na2CO3，NaH2PO4-Na2HPO4）(2)、弱碱和它的盐（NH3.H2O---NH4Cl，CH3NH2-CH3NH3+Cl）(3)、多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐（如NaH2PO4---Na2HPO4）的水溶液组成。缓冲溶液由有足够浓度的一对共轭酸碱对的两种物质组成。组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系或缓冲对。在实际应用中，往往还可采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系,如:弱酸(过量)+强碱：HAc(过量)+NaOH强酸+弱酸的共轭碱(过量)：HCl+NaAc(过量)实际上,形成的仍然是共轭酸碱对的两种物质。3.缓冲溶液的作用缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，它们通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗掉外来的少量强酸、强碱，或对抗稍加稀释的作用，使溶液H+离子或OH-离子浓度未有明显的变化，因此具有缓冲作用。总之，由于缓冲溶液中同时含有较大量的弱酸(抗碱成分)和共轭碱(抗酸成分)，它们通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗掉外来的少量强酸、强碱，或对抗稍加稀释的作用，使溶液的H+离子或OH-离子浓度没有明显的变化，因此缓冲溶液具有缓冲作用。二:缓冲溶液的特性1.缓冲溶液本身的pH主要取决于弱酸或弱碱的离解常数2.温度对离解常数有影响，故也对缓冲溶液的pH有影响3.缓冲溶液的浓度越大，加入少量酸碱后，其c(酸)/c(盐)【或c(碱)/c(盐)】4.的变化小，pH变化也就越小5.c(酸)/c(盐)【或c(碱)/c(盐)】接近1时缓冲能力最大，0.1c(酸)/c(盐)10时也有缓冲能力6.只有外加酸碱的量与缓冲对的量相比较小时，才有缓冲作用7.只能在Kaθ±1的范围内发挥作用8.在一定范围内加水稀释时，由于缓冲比不变，缓冲溶液pH值计算结果不变，实际pH值有微小改变。9.稀释过度，缓冲系物质的浓度不足，溶液丧失缓冲能力。三：常用的缓冲溶液及其配置原则1.常用的缓冲溶液常用作缓冲溶液的酸类由弱酸及其共轭酸盐组合成的溶液具有缓冲作用。生化实验室常用的缓冲系主要有磷酸、柠檬酸、碳酸、醋酸、巴比妥酸、三羟甲基氨基甲烷等系统，生化实验或研究工作中要慎重地选择缓冲体系，因为有时影响实验结果的因素并不是缓冲液的pH值，而是缓冲液中的某种离子。如硼酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐和三羟甲基甲烷等缓冲剂都可能产生不需要的化学反应。(1).硼酸盐：硼酸盐与许多化合物形成复盐、如蔗糖。(2)．柠檬酸盐：柠檬酸盐离子容易与钙结合，所以存在有钙离子的情况下不能使用。(3).磷酸盐：在有些实验，它是酶的抑止剂或甚至是一个代谢物，重金属易以磷酸盐的形式从溶液中沉淀出来。而且它在pH7.5以上时缓冲能力很小。(4).三羟甲基氨基甲烷：它可以和重金属一起作用，但在有些系统中也起抑制作用。其主要缺点时温度效应。这点往往被忽视，在室温pH是7.8的Tris缓冲液，4℃时是8.4，37℃时是7.4，因此，4℃配制的缓冲液在37℃进行测量时，其氢离子浓度就增加了10倍。在pH7.5以下，其缓冲能力极为不理想。2.缓冲溶液配置原则在生化研究工作中，常常需要使用缓冲溶液来维持实验体系的酸碱度。研究工作的溶液体系pH值的变化往往直接影响到研究工作的成效。如果“提取酶”实验体系的pH值变动或大幅度变动，酶活性就会下降甚至完全丧失。所以配制缓冲溶液是一个不可或缺的关键步骤。(1)选择合适的缓冲系：pH位于缓冲范围内（pKa±1）；不干扰主反应(无沉淀、配合等副反应)；医用缓冲体系：无毒、对热稳定、对酶稳定、能透过生物膜等。(2)有较好的缓冲能力：PKa–lg{c(酸)/c(盐)}→pH使缓冲体系有较大的缓冲容量(3)浓度合适：总浓度过低→→缓冲容量过小；•总浓度过高→→渗透压过大。(生物医学上多用0.05～0.2mol·L–1)配制步骤(1)根据配制原则选择合适的缓冲系：pH在pKa±1范围内pH接近pKa(2)生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜：0.05～0.2mol·L－1(3)计算所需弱酸等的用量或体积：(为配制方便常选用同浓度的弱酸和相应的盐溶液等体积混合)(4)校正：pH计监测下，加强酸/强碱以校正。四:缓冲溶液的广泛运用1.科学研究、工业生产等许多情况下需要控制反应体系的pH值范围。2.人体内的各种体液都具有一定的pH值范围，如正常人血液的pH值范围为7.35～7.45。3.细胞正常生理环境、生物体内酶催化反应等需要稳定的pH值环境五：缓冲溶液在医学上的运用缓冲溶液在医学中非常重要。在体外，微生物的培养、组织染色、血液的冷藏保存都需要一定pH的缓冲溶液；在药剂生产上，根据人的生理状况即药物稳定性和溶解度等情况，选择适当的缓冲溶液来稳定溶液的pH值。人体内极为复杂的物质代谢反应都是受各种酶控制的，而每种酶又只有在一定pH范围的体液中才有活性，如胃蛋白酶的适宜pH为1.5～2.0范围。人体内各种体液都有一定的较稳定的pH范围，超出正常范围太大,可能引起机体内许多功能失调。在生命活动过程中，会不断地产生酸性物质，如碳酸、乳酸等；也会不断地产生碱性物质，如碳酸氢盐(HCO3-)、磷酸氢盐(HPO42-)等。另外，人们摄取的食物中也有相当数量的酸性或碱性物质。尽管如此．健康人的血液的pH值总是保持在7.35～7.45的范围内，且不会发生显著的改变。如果血液的pH值降低到7.35以下，人要发生酸性中毒；降低到7.1以下．一般便要死亡。同样，血液的pH值上升到7.45以上，人要发生碱性中毒，上升到7.6以上，一般也会死亡。1.人体血液的PH值是如何计算?正常人血浆的pH值约为7.35~7.45血液中的缓冲系：,COHCOCOHHCO23323(溶解)或：血浆血浆蛋白血浆蛋白HNa,POHHPO4224氧合血红蛋白氧合血红蛋白HK即：K-HbO2/H-HbO2碳酸在溶液中主要是以溶解状态的CO2形式存在,在CO2(溶解)-HCO3-缓冲系中存在如下平衡：通过查表得：25℃，pKa=6.37。如果CO2是溶解在离子强度为0.16的血浆中，并且温度为37℃时，pKa应加以校正，经校正后为pKa′，其值为6.10。血浆中的碳酸缓冲系pH的计算方程式为：正常人血浆中[HCO3-]和[CO2]溶解的浓度分别为0.024mol·L-1和0.0012mol·L-1，代入上式:在体内,HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分,所以将血浆中的HCO3-称为碱储。正常血浆中HCO3--CO2(溶解)缓冲系的缓冲比为20:1,已超出体外缓冲溶液有效缓冲比(即10:1～1:10)的范围，该缓冲系的缓冲能力应该很小。而事实上，在血液中它们的缓冲能力是很强的。血红蛋白血红蛋白红细胞：HK,POHHPO,COHHCO4224323溶解][CO][HCOlgppH2-3a'K11L0.0012molL0.024mollg6.10pH40.7120lg10.6这是因为体内是一个“敞开系统”，当血浆中有过多的酸、碱引入，HCO3-或CO2(溶解)的浓度改变可由呼吸作用和肾的生理功能获得补充或调节，使得血液中的HCO3-和CO2(溶解)的浓度保持相对稳定(20:1)。2.血液中碳酸缓冲系与肺和肾的的调节关系可用下式表示：当血液中[H＋]增加时，H＋＋HCO3－CO2（溶解）(增加)肺加快呼吸速度排除CO2HCO3-(减少)肾延长HCO3-停留时间(或回吸收)当血液中[OH-]增加时，OH－＋H2CO3CO2（溶解）(减少)肺降低CO2排出量HCO3-(增加)肾增加HCO3－的排泄红细胞内的缓冲系主要有：HHb-Hb-；HHbO2-HbO2-血液对体内代谢产生的CO2的缓冲作用主要靠这两个缓冲系。代谢过程产生的大量CO2先与血红蛋白离子反应:CO2+H2O+Hb-HHb+HCO3-反应产生的HCO3-，由血液运输至肺，并与氧合血红蛋白反应HCO3-+HHbO2HbO2-+H2O+CO2由于血红蛋白和氧合血红蛋白的缓冲作用，在大量CO2从组织细胞运送至肺的过程中，血液的pH值也不至于受到大的影响。当病变或超出机体的调节能力时要用药物纠正。总的来说，由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾的调节作用，使正常人血液的pH值维持在7.35～7.45的狭小范围内。是缓冲系统、呼吸系统和泌尿系统共同维持酸碱平衡的结果。六:生活中最常见的缓冲溶液——醋从醋的化学成份分析，其主要成分是醋酸、不挥发酸、氨基酸、糖等。因此，醋有消毒灭菌，降低辣味，保护原料中维生素C少受损失等功效；还可助消化，改善胃里的酸环境，抑制有害细菌的繁殖。因此适当吃点醋对于人体健康是有好处的。但机体健康的首要条件是保持器官的正常工作。当大量喝醋时，大量的醋进入人体，将改变胃液的PH值使胃环境中酸性加强，对胃粘膜造成损伤。身体健康者大量食醋可引起胃痛、恶心、呕吐，甚至引发急性胃炎；而胃炎患者大量食醋会使胃病症状加重，有溃疡的人可诱使溃疡发作。同时，由于醋酸的大量吸收还将会影响整个人体的酸碱平衡。这是因为在正常情况下，人体血液、体液的酸碱度多应保持在PH7．35－7．45之间，呈弱碱性。酸性与碱性食物的摄人都将影响血液、体液的酸碱度。从生理学角度看，酸性食物摄人过多，将会引起血液、体液的酸度增高，发生酸中毒。人体内呈酸性，短时间内会感觉不适、疲乏、精神萎糜等，如长期处于多酸状态，将会引起体内电解质紊乱，易诱发神经衰弱、动脉硬化、高血压和冠心病等醋具有良好的美容功效，以醋养颜和保健在我国民间源远流长。这是因为醋中富含肌肤所需的醋酸、蛋白质、氨基酸等活性物质，能够促进肌肤的新陈代谢，降低体内的过氧化脂质，令肌肤延缓衰老，光泽细致，亮丽可人。醋在中国古代享有“食总管”的美誉。明代医学家李时珍在《本草纲目》一书中说：“醋能消肿，散水气，杀邪毒，理诸药”。日本科学家认为，食醋的保健作用主要有以下四大方面：一、食醋能防止和解除疲劳。人运动后有疲劳感觉，食用醋后能使体力较快恢复正常。二、常食醋有降血压、防止动脉硬化之功效。三、醋对病原菌有杀菌效果。四、食醋对美容有益。多食醋或在洗脸、洗澡水中滴几滴醋能滋润皮肤。英国科学家发现，多食醋可提高智力水平。醋属于碱性食品，人体大脑的酸碱性与智商有关。醋有如此神奇的医疗保健功效，难怪食醋风在美国、日本等国流行。据统计，美国人平均食醋6.51千克，日本人7.88千克，而我国则只有3.5千克左右，为了健康起见，从高智商的角度着想，更为了美容润肤，建议大家来吃醋