缓冲溶液缓冲能力探究巴.docx

1、缓冲溶液缓冲能力探究巴缓冲溶液缓冲能力探究巴缓冲溶液缓冲能力探究 小组成员:李时骁宁馨儿、宋珺、鲁韩旭、唐玥、余天硕 指导教师: 刘晓军 摘 要 缓冲溶液是一种能在加入少量酸或碱和水时大大减低 pH 变动的溶液。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。因此，研究缓冲溶液的缓冲能力是十分有必要的。 当往某些溶液中加入一定量的酸和

2、碱时，有阻碍溶液 pH 变化的作用，称为缓冲作用，这样的溶液叫做缓冲溶液。弱酸及其盐的混合溶液(如 HAc与 NaAc)，弱碱及其盐的混合溶液(如 NH3H2O 与 NH4Cl)等都是缓冲溶液。 由弱酸 HA 及其盐 NaA 所组成的缓冲溶液对酸的缓冲作用，是由于溶液中存在足够量的碱 A-的缘故。当向这种溶液中加入一定量的强酸时，H 离子基本上被 A-离子消耗， 所以溶液的 pH 值几乎不变;当加入一定量强碱时，溶液中存在的弱酸 HA 消耗 OH-离子而阻碍 pH 的变化。 在缓冲溶液中加入少量强酸或强碱，其溶液 pH 值变化不大，但若加入酸，碱的量多时，缓冲溶液就失去了它的缓冲作用。这说明它

3、的缓冲能力是有一定限度的。 设缓冲系统的弱酸的电离常数为 Ka(平衡常数)，平衡时弱酸的浓度为酸，弱酸盐的浓度为盐，则由弱酸的电离平衡式可得下式: H Ka弱酸/共轭碱 pHpKa log共轭碱/弱酸 这就是 Henderson-Hasselbach 等式。 如果弱酸 共轭碱， 、缓冲液的 pH 值与该酸的电离平衡常数 pHpKa 根据此式可得出下列几点结论:1K 及盐和酸的浓度有关。弱酸的pKa 值衡定，但酸和盐的比例不同时，就会得到不同的 pH 值。酸和盐浓度相等时，溶液的 pH 值与 PK 值相同。2、酸和盐浓度等比例增减时，溶液的 pH 值不变。3、酸和盐浓度相等时，缓冲液的缓冲效率为

4、最高，比例相差越大，缓冲效率越低，缓冲液的一般有效缓冲范围为 PKa?1pH。 具有缓解液态介质如水体、降水等中酸碱度发生剧变的能力。其能力的大小可用缓冲容量的大小来衡量后者定义为使溶液的 pH 值改变 1 个单位时所需加入的酸或碱的量。 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、Tris(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。

5、硼酸盐:硼酸盐与许多化合物形成复盐、如蔗糖。 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。 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。 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。缓冲液名称及常用浓度 缓冲 p

6、H 范围甘氨酸-盐酸缓冲液(0.05mol/L) 2.2-5.0甘氨酸-氢氧化钠缓冲液0.05mol/L 8.6-10.6柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(0.1mol/L) 3.0-6.6磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液(0.2mol/L) 5.8-8.0磷酸氢二钠-磷酸二氢钾缓冲液(1/15 molL) 4.92-8.18磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液(0.05mol/L) 5.8-8.0乙酸-乙酸钠缓冲液(0.2mol/L) 3.6-5.8碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液0.1mol/L 9.16-10.83氯化钾-盐酸缓冲液(0.2mol/L) 1.0-2.2氯化钾-氢氧化钠缓冲液(0.2mol/L) 12.0-

7、13.0 研究缓冲溶液的背景和意义缓冲溶液在印染中的应用1、原理 利用缓冲溶液对 H 或 OH- 的作用 以控制溶液的 pH 值 从而使溶液的 pH值基本稳定。此原理应用于印染行业中 可达到改进染整技术、提高产品质量、降低成本和增加效益的目的。 缓冲溶液中含两种物质 一种是能抵消 H 的物质 另一种是能抵消 OH-的物质 其混合后称缓冲溶液。缓冲溶液能使溶液 pH 值在一定范围内基本不变这样可根据实际需要选择弱碱或弱酸盐作为酸的缓冲剂 弱酸或弱碱盐作为碱的缓冲剂。2、缓冲作用在印染中的应用2. 1 染色 在织物染色中 染浴的 pH 值往往因以下因素而发生波动:1 织物前处理清洗不彻底 以致少量

8、碱性或酸性物质带入染浴中。2 染色时 添加的非中性添加剂如助剂等 使染浴的 pH 值受影响。3 有些染料本身的 pH 值过高或过低 若加入染浴中 会引起染浴的 pH 值变化。如分散染料福隆艳黄 SE26GFL 的 pH 值为 8. 60 福隆大红 S23GFL 的 pH 值为 10. 60。4 锅炉在供汽时 有时出现负压 将其他容器内的碱性或酸性溶液倒吸入蒸汽管道中 在加热染浴时 将碱性或酸性物质带入染浴中。 大多数染料对染浴的 pH 值较敏感 染浴的 pH 值控制稍有不当 便会出现色浅、色差、色花等染疵。为了使染液的 pH 值具有良好的稳定性 染浴中须适当配制有相应的缓冲溶液。2. 1. 1

9、 分散染料染色 以高温高压溢流染色机分散染料染涤纶织物为例。 由于许多分散染料对染浴的 pH 值较敏感 在不同的 pH 值条件下染色 得到色泽差异较大 只有在弱酸性pH5?0.5的染浴中染色 得到的色泽最浓艳纯正。为了使染浴的 pH 值在染色时始终保持良好的稳定性 可配制醋酸,醋酸钠缓冲溶液。醋酸,醋酸钠对 pH 值控制的实际用量计算:1 醋酸与醋酸钠的比值 设 HAc 初始浓度为 Ca mol/L NaAc 初始浓度为 Cb mol/L HAc 电离部分浓度为 x mol/L 。则存在:HAc-HAc-NaAcNaAc-HAcCa-x?CaAc-Cbx?Cb电离常数 KaHAc-/HAc?x

10、Cb/Ca由于 pH 值控制在 5 左右 以 pH 4.80?0.20 为宜。pH-lgH4.80H 1.5910-5mol/L H xKaCa/Cb1.810-5mol/LCa/Cb1.5910-5mol/LCb1.13Ca即醋酸?醋酸钠1?1.13 由于高温高压条件下 弱酸的电离平衡常数 K a 值仍很小 对醋酸 2 醋酸钠缓冲体系的 pH 值影响不大 仍可按醋酸 Ka1.8010-5 计算。2 醋酸与醋酸钠浓度 缓冲剂浓度正比于缓冲量 根据实际生产对缓冲容量的要求 计算醋酸 2醋酸钠实际浓度。 在染色中 酸性物质进入染浴的可能性小 一般情况以防碱为主。设由各种因素带入高温高压溢流机染浴的

11、碱量为 150 g 且 150 g 是全部碱性物质水解成 NaOH 的重量。若溢流染色机染浴以 3000L 计算 带入染浴的碱浓度为150/3000?400.00125 mol/L 。由于 pH 值要求为 4. 80?0.2lt5 同时 Cb 1.13Ca 按电离平衡常数得:H KaCa/Cb110-51.810-5Ca-0.00125/1.13Ca0.00125Ca0.00522 mol/LCb1.13Ca0.0059 mol/L 即醋酸浓度为 0.00522 mol/L100醋酸浓度为 0.3132 g/L 醋酸钠浓度为0.0059 mol/L100醋酸钠浓度为 0.484 g/L 。 在

12、高温高压溢流染色中 若 3000 L 的染浴中带入的碱浓度为 0.00125 mol/L 假定是烧碱浓度 则可将 100 醋酸 0.3132 g/L 和 100 醋酸钠 0.484g/L 配成缓冲液加入染浴中可有效地将染浴的 pH 值控制在所要求的范围内。2.1.2 羊毛弱酸性染料和活性染料染色 弱酸性染料或高温活性染料 Lanasol 染羊毛纤维时 必须严格控制染浴整个染色过程的 pH 值在弱酸性条件下染浴的 pH 值是由染色深度和染色所用助剂决定。因酸起促染作用 若酸性较强 染浴中染料很容易吸附在羊毛纤维表面 甚至在纤维表面超当量上染 染料分子发生聚集而染花。 一般染色介质酸性越强 染料上

13、染率越快 匀染性越差特别温度 80 ?以上更为突出。染色时若采用 NH3H2O/NH42SO4 或 HAc/NaAc 等混合缓冲剂来控制染浴的 pH 值 可使其保持在所需的范围内 从而使羊毛纤维能获得较高的吸尽率和匀染性特别是中浅色。2. 1. 3 活性染料冷轧堆染色 活性染料冷轧堆染色采用缓冲混合碱作为固色碱 对提高染液稳定性及消除风印有极大的好处。 二氯均三嗪型染料较活泼 冷轧堆染色采用 Na2CO3/NaHCO3 作固色碱 染色织物布面的“发毛”与不匀等染疵较单独用 Na2CO3 碱剂有所改善 特别是染料用量超过 30g/L 情况及个别匀染性差和难染品种采用 Na2CO3/NaHCO3

14、比例 2?1 的固色碱可得到良好的匀染性 并提高染料的固色率。 此外硫化染料中硫化黑在上染过程中 极易发生氧化 产生染斑。若加入Na2CO3/NaHCO3比例 2.2,4.2 的混和碱来控制染浴 pH 值可减少氧化速度对减轻染斑有很好的效果。2. 2 印花 活性印花一步法的固色碱剂若采用碱性较高的 Na2CO3pH12 左右 当色浆与织物接触时染料极易被活化急剧提高染料对纤维的亲和力而染料渗透扩散能力相应会降低 导致在纤维表面固着不匀而采用 NaHCO3 作固色碱剂会影响染料的固色率。只有采用 Na2CO3 NaHCO3 混合碱作碱剂印花色浆更稳定汽蒸后织物色泽更正得色量也相应提高。 涂料印花

15、中用作配制印花色浆的粘合剂反应性或交联剂自交 往往是弱酸性溶液带有弱正电荷 常使乳液分散稳定性降低 而不利于印花若加某些缓冲剂 如 NH3H2O/NH4Cl 或 NH3H2O/NH4 2SO 4 等 可使色浆的 pH 值稳定在 7, 8 范围内 印花色浆的粘度和流变性也最理想 同时防止交联反应过早发生 提高色浆稳定性 减少塞网 保证印花顺利进行 对提高产品质量极为有利。3、结语 利用缓冲溶液保持溶液酸碱度稳定作用 可有效控制染浴的 pH 值在所要求的范围内 即使溶液中带入了影响其酸碱 度的各种因素或溶液适当变稀缓冲溶液都能使溶液所需的 pH 值基本稳定 从而有利于印染加工 确保产品质量。缓冲溶

16、液的生物意义: 我们所有的科学研究最终都是要为人类服务的， 因此我们要了解一个研究有什么意义，就要先了解研究对象对于我们的意义。 人体内各种体液的 PH 值具有十分重要的意义，它们均控制在一狭小范围内，因为只有在这范围内， 机体的各种功能活动才能正常进行。离开正常范围的少许变化尚能允许，但如变化太大，都可能引起体内许多功能失调。在体内差不多每项代谢的结果都有酸产生， 如有机食物被完全氧化而产生碳酸，嘌呤被氧化而产生尿酸，碳水化合物的厌氧分解而产生乳酸以及因氧化作用不完全而导致乙酰乙酸和-羟基丁酸的生成等。体内代谢也生成磷酸和硫酸。代谢过程也可以产生NaHCO3。这些代谢产生的酸或碱进入血液并没有引起 PH 值发生明显的变化，这说明血液具有足够的缓冲作用， 也说明体内有着有效的生理作用支配着体内能及时地得到缓冲物的不断补充。正常人血浆的 PH 值相当恒定，因为血液是一种很好的缓冲溶液。在这些缓冲系中，碳酸氢盐缓冲系(HCO-3/H2CO3)在血液中浓度很高，对维持血液正常 PH 值的作用很重要。其次红细胞中的血红蛋白和