什么是缓冲溶液？缓冲溶液类型、用途和缓冲溶液pH值介绍

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由技术支持团队负责人Jay Proctor审核（2023年1月）

什么是缓冲溶液？缓冲溶液又称为pH缓冲剂，是一种水基液体，当加入少量酸或碱时，可以在一定范围内维持设定的pH值。它们是由弱酸和弱碱的缀合物制备而成，并可以在平衡状态下一起工作。当加入少量其他酸或碱时，它们的pH值不会受到显著影响。

缓冲溶液在化学和生物测试、产品开发和工业过程中非常有用，了解每种溶液的pH范围（缓冲区）意味着用户将知道容量或限度将达到的位置，并保持其条件稳定。根据特定过程、测试或反应的具体需求，用户可能需要具有稍微酸性或碱性pH值的缓冲溶液。

本指南将概述缓冲溶液的类型，解释它们的用途和原因，并指导您如何找到适合您需求的合适缓冲溶液。

不同类型的缓冲溶剂

缓冲溶液的分类包括两种主要类型：酸性缓冲溶液和碱性缓冲溶液。

酸性缓冲溶液的pH值低于7。当少量碱被加入时，它们可以抵抗pH的变化。例如，pH值为4的缓冲溶液即使加入少量碱，其pH值也会保持在4左右。

碱性缓冲溶液也称为碱性缓冲剂，其pH值高于7。当少量酸被加入时，它们可以抵抗pH的变化。例如，pH值为10的缓冲溶液即使加入少量酸，其pH值也会保持在10左右。

酸性和碱性缓冲溶液都有一定的能力，称为缓冲容量，决定了它们能够在溶液的pH值开始显著变化之前中和多少酸或碱。可以通过向溶液中添加更多的缓冲成分来增加缓冲容量。

缓冲溶液被用于它们能够在存在少量酸或碱的情况下维持相对恒定的pH值的能力。这种性质被称为缓冲容量，是由溶液中存在的弱酸及其相应的共轭碱或弱碱及其相应的共轭酸所致。

当向缓冲溶液中添加少量酸时，酸将与溶液中存在的共轭碱反应形成弱酸，从而防止pH值显著变化。同样，当向缓冲溶液中添加少量碱时，碱将与溶液中存在的共轭酸反应形成弱碱，从而防止pH值显著变化。

这种行为可以通过拉氏原理来解释。拉氏原理表明，在平衡状态下的系统遭受条件变化时，系统会以抵消变化并重新建立平衡的方式进行移动。在缓冲溶液的情况下，系统是弱酸及其共轭碱或弱碱及其共轭酸之间的平衡，条件变化是酸或碱的添加。系统会以中和添加的酸或碱并重新建立平衡的方式进行移动，从而防止pH值的显著变化。

根据每个过程、反应或产品的要求，可以根据其 pH 值选择酸性或碱性缓冲溶液。不同缓冲溶液的最常见用途包括：

缓冲溶液的 pH 值可以通过两种主要方法来测量，一种是使用 pH 仪器，另一种是计算溶液的亨德森-哈塞尔巴赫方程。 pH计是一种用于测量两个电极之间电压的仪器，以确定溶液中氢离子的水平，并输出 pH 值。作为客观的测量，这些仪器在各种应用中都被使用，包括工业、实验室和恶劣环境中。

Henderson-Hasselbalch方程可以用于估计或预测溶液的 pH 值。该方程可以写成以下形式:

在这个方程中，pKa 指的是溶液中酸的强度。虽然这个计算方法不总能得到完全准确的 pH 值，但在创建缓冲范围或溶液值之前，它可以用于估计。