第三章 缓冲溶液

一、 缓冲溶液的组成

在100 mL pH = 5.00的HCl溶液中分别加入1mL1 molL-1的HCl（强酸）溶液或1mL1 molL-1的NaOH（强碱）溶液后，HCl溶液的pH发生了显著变化，加酸后pH = 2.00，而加碱后pH = 12.00。但在100 mL浓度均为1molL-1 HAc和NaAc pH = 5.00混合溶液中，加入同样数量的强酸和强碱， pH改变却很小，加酸后pH = 4.98，而加碱后pH = 5.02。如用水稍加稀释时，HAc和NaAc混合溶液的pH改变的幅度也很小。这说明HAc和NaAc这种由弱酸及其共轭碱组成的混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH基本不变的能力，我们把这种溶液称为缓冲溶液(buffer solution)。缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用(buffer action)。

常用的缓冲溶液是由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成的。例如：HAc－NaAc、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-Na2HPO4等。

组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。一些常见的缓冲系列在表3-1中。

表3-1 常见的缓冲系

缓冲系

HAc-NaAc

H2CO3-NaHCO3

H2C8H4O4- KHC8H4O4* TrisHCl-Tris** NH4Cl-NH3 CH3NH3+Cl-- CH3NH2*** H3PO4-NaH2PO4 NaH2PO4 -Na2HPO4 Na2HPO4-Na3PO4

质子转移平衡

HAc +H2OH2CO3 +H2OH2C8H4O4 +H2O

TrisH+ +H2ONH4+ +H2OCH3NH3+ +H2OH3PO4 +H2OH2PO4- +H2OHPO42- +H2O

Ac-+ H3O+ HCO3-+ H3O+ HC8H4O4-+ H3O+ Tris + H3O+ NH3+ H3O+ CH3NH2+ H3O+ H2PO4-+ H3O+ HPO42-+ H3O+ PO43-+ H3O+

pKa(25C) 4.76 6.35 2. 8.08 9.25 10.63 2.16 7.21 12.32

* 邻苯二甲酸-邻苯二甲酸氢钾

**三(羟甲基)甲胺盐酸盐-三(羟甲基)甲胺 ***甲胺盐-甲胺

二、缓冲机制

现以浓度均为0.10 molL-1的HAc和NaAc缓冲系为例来说明缓冲溶液的缓冲机制。

NaAc是强电解质，在溶液中几乎完全以Na+和Ac-离子状态存在；HAc是弱电解质，在溶液中只部分解离，并且因来自NaAc 的Ac-的同离子效应，使

HAc几乎完全以分子状态存在于溶液中。所以在HAc-NaAc缓冲溶液存在有大量的HAc和Ac-，且二者是共轭酸碱对。它们之间的质子传递平衡关系可用下式表示

HAc + H2O Ac- + H3O+ NaAc ─→ Ac- + Na+

图3-1 缓冲溶液的缓冲作用原理示意图 如图3-1所示，当在该溶液中加入少量强酸时，共轭碱Ac- 与H3O+结合，Ac-浓度略有减少，HAc浓度略有增加，溶液中的H3O+ 浓度没有明显升高。可见，缓冲系中的共轭碱直接发挥抵抗外来强酸的作用，故称为缓冲溶液的抗酸成分。

当溶液中加入少量强碱时，H3O+与OH-反应，溶液中的H3O+浓度减少，HAc的质子传递平衡右移，HAc进一步解离，产生H3O+。结果只是HAc浓度略有减少，Ac-浓度略有增加，溶液中的H3O+ 浓度没有明显减少。缓冲系中的共轭酸间接发挥了抵抗外来强碱的作用，故称为缓冲溶液的抗碱成分。

当溶液稀释时，共轭酸、碱的浓度同等稀释，但二者浓度之比没有变化，所以缓冲溶液的pH基本保持不变。

第二节 缓冲溶液的pH

一、缓冲溶液pH的计算公式

以HB代表弱酸，NaB代表其弱酸盐，两者组成缓冲溶液。溶液中HB和H2O建立质子传递平衡

HB +H2O

H3O++B-

NaB ─→ Na+ + B-

有

[H3O+]＝Ka×

[HB] [B-]等式两边各取负对数，则得

[B-][B-]pH＝pKa+lg＝pKa+ lg (3-1)

[HB][HB]此式就是计算缓冲溶液pH的亨德森-哈塞尔(Henderson-Hasselbalch)方程式。式中pKa为弱酸的酸常数的负对数，[HB]和[B-]均为平衡浓度。[B-]与[HB]的比值称为缓冲比，[B-]与[HB]之和称为缓冲溶液的总浓度。

亨德森-哈塞尔方程式也可表示为

[B-]c(B-)pH＝pKa+ lg＝pKa+ lg (3-2)

[HB]c(HB)这里c(HB)表示HB的总浓度（包括解离的、未解离的HB的浓度），c(NaB) 表示NaB的总浓度。设HB已解离部分的浓度为c′(HB)，则HB和B-的平衡浓度分别为

[HB]＝ c (HB) - c′(HB) [B-]＝c (NaB) + c′(HB)

因来自NaB 的B-同离子效应，使解离的HB很少，c′(HB)可以忽略，故[HB]和[B-]可分别用总浓度c (HB)和c (B-)来表示，所以式(3-1) 可表示为(3-2)。

n(B-)n(HB)因c(B)， ,c(HB-)VV- n(HB)和n(B-)是在同一缓冲溶液中所含共轭酸、碱的物质的量，所以V是同一体积，式(3-2)就可改写为

n(B)/Vn(B)pH＝pKa+ lg＝pKa+ lg (3-3)

n(HB)/Vn(HB)此式是式亨德森-哈塞尔方程式的又一种表示形式。此式在使用不同浓度、不同体积的共轭酸、碱来配制缓冲溶液时，方便快捷。

如使用相同浓度的弱酸及其共轭碱来配制缓冲溶液，即c(HB)＝c(NaB)，分别量取NaB的体积V(B-)和HB的体积V(HB)，混合，则式(3-3)可改写为

c(B)V(B)V(B)pH＝pKa+ lg＝pKa+ lg (3-4)

c(HB)V(HB)V(HB) 由上面各式可知：

(1) 缓冲溶液的pH首先取决于缓冲系中弱酸的酸常数Ka值，而Ka值又与

温度有关，所以温度对缓冲溶液pH也是有影响的，但本书对温度的影响不作深入讨论。

(2) 同一缓冲系的缓冲溶液，pKa一定，其pH随着缓冲比的改变而改变。当缓冲比等于l时，缓冲溶液的pH等于pKa。

(3) 缓冲溶液加水稀释时，n(B-)与n(HB)的比值不变，则由式(3-3)计算的pH也不变。所以缓冲溶液具有抗稀释的能力。但大量稀释时，会引起溶液离子强度的改变，使HB和B-的活度因子受到不同程度的影响，缓冲溶液的pH将会随之有极小的变化。

【例3-1】缓冲溶液的pH计算

(1) 计算0. 200 mol·L-1NH3和0. 080 0 mol·L-1NH4Cl等体积混合而制成的1.00 L缓冲溶液的pH。pKa(NH4+)＝9.25。 （认为两溶液混合后体积为1.00 L）

（2）若在上述缓冲溶液中加入0.0100 mol 的HCl后，此缓冲溶液的pH为多少？ （3）若在上述缓冲溶液中加入0.0100 mol 的固体NaOH后，此缓冲溶液的pH为多少？

【分析1】 此混合溶液的缓冲系为NH4+—NH3，此例题是非常典型的缓冲溶液pH计算。两溶液等体积混合，浓度减半。所以c(NH3) = 0.100 mol·L-1 ，c(NH4+) = 0. 040 0 mol·L-1可将相关数据代入亨德森-哈塞尔方程式（3-2）。 【解(1)】 pH＝pKa(NH4

+) + lg

c(NH3)c(NH4)＝9.25 + lg

0.100molL10.0400molL1= 9.25 + 0.40 = 9.65

【分析2】加入HCl，外加的H+ + NH3 = NH4+，加入的HCl的量等于NH4+增加的量，也等于NH3减少的量。所以

c(NH3) =( 0. 100 - 0.010 0) mol·L-1 = 0.090 mol·L-1，

c(NH4+) = (0. 040 0 + 0.010 0) mol·L-1 = 0.050 0 mol·L-1，代入方程。 【解(2)】 pH＝pKa(NH4

+) + lg

c(NH3)c(NH4)＝9.25 + lg

0.090molL10.0500molL1= 9.25 + 0.26 = 9.51

【分析3】加入固体NaOH的量等于NH3增加的量，也等于NH4+减少的量。所以 c(NH3) =( 0. 100 + 0.010 0) mol·L-1 = 0.110 mol·L-1，

c(NH4+) = (0. 040 0 - 0.010 0) mol·L-1 = 0.030 0 mol·L-1，代入方程。 【解(3)】 pH＝pKa(NH4

+) + lg

c(NH3)c(NH4)＝9.25 + lg

0.110molL10.0300molL1= 9.25 + 0.56 = 9.81

【归纳】1、利用亨德森-哈塞尔方程式计算缓冲溶液的pH时，一定注意Ka是共轭酸碱对中的共轭酸的酸常数，并且有pKa= - lgKa。

2、在缓冲溶液中加入HCl的量等于共轭酸增加的量，也等于共轭碱减少的量。加入固体NaOH的量等于共轭碱增加的量，也等于共轭酸减少的量。

二、缓冲溶液pH的校正

用亨德森-哈塞尔方程式计算缓冲溶液的pH只是近似值，与实际测定值不一样。若要准确的计算，就应该在式(3-1)中引入活度因子，即以HB和B-的活度替代它们的平衡浓度，则式(3-1)可改写为

a(B) pH＝pKa+lg

a(HB)[B](B)＝pKa+lg

[HB](HB)(B)[B]＝pKa+lg+lg (3-5)

(HB)[HB]此式是校正的缓冲溶液pH计算公式。式中(HB)和(B-)分别为溶液中HB和B-的活

(B)度因子，lg为校正因数。由于活度因子与弱酸的电荷数和溶液的离子强度(I)有关，所

(HB)以校正因数也与弱酸的电荷数和溶液的离子强度有关。离子强度可根据缓冲溶液中各离子的浓度进行计算。

但是实际应用中通常并不是通过(3-5)式计算来确定溶液的pH的，因为在体液或体外培养液中成分相当复杂，影响因素也多，很难从现有数据（《化学手册》等工具书中查找出有关数据）计算出准确结果。一般情况下是使用测定溶液pH的专门仪器例如pH计，将电极插入溶液中，先用已知pH的标准缓冲溶液对仪器进行校准之后再测定所配制溶液的pH，然后通过滴加少量强酸（或强碱）调节该溶液的pH，使其符合科研要求的pH。

第三节 缓冲容量和缓冲范围

一、缓冲容量

不同的缓冲溶液，其抗酸抗碱的能力不同。1922年范斯莱克(V. Slyke)提出用缓冲容量(buffer capacity)β作为衡量缓冲能力大小的尺度。缓冲容量β定义为：单位体积缓冲溶液的pH改变1（即pH=1）时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量。定义为

defa(b)β d n(3-6)

式中V是缓冲溶液的体积 ；dna(b)是缓冲溶液中加入微小量的一元强酸(dna)或一元强碱(dnb)的物质的量；|dpH|为缓冲溶液pH的微小改变量。由式(3-6)可知，βVdpH是正值。在同样的dna(b)和V的条件下，pH改变值|dpH|愈小，则β值愈大，缓冲溶液的缓冲能力愈强；或在同样的V及|dpH|情况下，所加入的dna(b)越多，缓冲溶液的缓冲能力愈强。

从式(3-6)可导出缓冲容量与缓冲溶液的总浓度{c总＝[HB]+[B-]}及[B-]、[HB]的关系

β＝

d na(b)VdpH＝2.303×[HB][B-]/c总 (3-7)

此式表明，缓冲容量随c总及[B-]、[HB]的改变而改变。由于 [B-] 及 [HB]决定缓冲比，而缓冲比影响缓冲溶液的pH，所以缓冲容量随缓冲溶液pH的变化而变化。

【例3-2】缓冲容量的计算

今有总浓度为0.10 mol·L-1的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液，pKa（H2PO4-）＝7.21，试求其pH为7.40时的缓冲容量

【分析】可将已知数据直接代入亨德森-哈塞尔方程式，求出缓冲比，继而求出共轭酸碱的浓度，最后根据式（3-7）可算出缓冲容量β

【解】 pH＝pKa(H2PO4-)+lg

7.40＝7.21+lg

[Na2HPO4]

[NaH2PO4][Na2HPO4]

[NaH2PO4][Na2HPO4]=1.5

[NaH2PO4]已知[NaH2PO4]+[Na2HPO4]＝0.10mol·L-1，故得 [NaH2PO4 ]＝0.040 mol·L-1；[Na2HPO4]＝0.06 mol·L-1;

代入式(3-7)，得 β＝2.303×0.040×0.06 / 0.10＝0.055

从式(3-7)分析，运用c总＝[HB]+[B-]关系，公式可以写做

β＝2.303×[HB][B-]/c总＝2.303×{[HB] /c总}{[B-]/c总}×c总 ＝2.303×([HB] /c总)(1-[HB-]/c总)×c总

当{[HB] /c总}增大，{1-[HB-]/c总}减小，反之，当{[HB] /c总}减小，{1-[HB-]/c总}增大。当[HB]＝[B-]＝c总/2时，{[HB] /c总}{1-[HB-]/c总}取得最大值。将[HB]＝[B-]＝c总/2代入式(3-7)，得最大缓冲容量计算公式

β极大＝2.303×(c总/2)(c总/2)/c总＝0.576c总 (3-8)

缓冲溶液的总浓度和缓冲比是影响缓冲容量的两个重要因素。

这种变化关系如图3-2所示。图中曲线(2)(3)(4)(5)，都是在弱酸溶液中加入NaOH后组成的弱酸及其共轭碱的缓冲溶液。从图中可以看出

（一）总浓度对β的影响曲线

(2)和(3)相比，其缓冲系相同，(3)的浓度是(2) 的两倍，所以峰高也是(2)的两倍，即在缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量也越大。曲线(4)(5)的缓冲系虽不同，但总浓度相同，所以它们的峰高，即β极大相同；

（二） 缓冲比对β的影响

(2)~(5)曲线都是山峰形曲线，在pH = pKa时，曲线峰高有极值β

极大

，

图3-2 缓冲容量的影响因素 (1) 0.05 mol·L-1 HCl (4) 0.05 mol·L-1 KH2PO4+NaOH (2) 0.1 mol·L-1 HAc+NaOH (5) 0.05 mol·L-1 H3BO3+NaOH (3) 0.2 mol·L-1 HAc+NaOH (6) 0.05 mol·L-1 NaOH 此时缓冲比为11。无论是向左偏离11还是向右偏离11，β都变小。

从曲线(1)和曲线(6)可明显的看出，HCl溶液或NaOH溶液浓度越浓时其缓冲容量就越大，没有极值。当加入少量强酸、强碱，溶液的pH不会发生明显的改变，所以它们也同样具有缓冲作用，(1)为强酸型缓冲溶液，(6)为强碱性缓冲溶液。它们不属于前面我们所讨论的共轭酸碱组成的缓冲系，它们缓冲机制是因为本身H+(或OH-)浓度较大。由于这类溶液的酸或碱浓度太高，不利于在医学上当作缓冲溶液使用。

二、 缓冲范围

由上面讨论可知，当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比愈接近1，缓冲容量愈大；缓冲比愈远离1时，缓冲容量愈小。当缓冲比大于10∶1(即pH pKa+1)或小于1∶10(即pH pKa-1)时，可认为缓冲溶液已基本失去缓冲能力，如图3-2曲线(2)、(3)、(4)、(5)的山峰很陡峭，因此，pH＝pKa±1为缓冲作用的有效区间，称为缓冲溶液的缓冲范围(buffer effective range)。不同缓冲系，因各自弱酸的pKa

不同，所以缓冲范围也各不相同。

第四节 缓冲溶液的配制

—、缓冲溶液的配制原则和步骤

在生物医学的实际工作中，为使所配一定pH的缓冲溶液具有足够的缓冲能力，应按下述原则和步骤进行：

1. 选择合适的缓冲系

选择缓冲系要考虑两个因素，一个是使所需配制的缓冲溶液的pH在所选缓冲系的缓冲范围(pKa±1)之内，并尽量接近弱酸的pKa，这样所配制的缓冲溶液可有较大的缓冲容量。如配制pH为7.4的缓冲溶液，可选择NaH2PO4-Na2HPO4-缓冲系，因H3PO4的pKa2＝7.21。另一个是所选缓冲系物质应稳定、无毒，不能与溶液中的反应物或生成物发生作用。例如硼酸－硼酸盐缓冲系有毒，不能用于培养细胞等生物医学上的缓冲溶液。另外，在加温灭菌和储存期内要稳定。例如H2CO3－NaHCO3缓冲系因碳酸容易分解通常也不采用。

2. 配制的缓冲溶液的总浓度要适宜

总浓度太低，缓冲容量过小；总浓度太高，会导致离子强度太大或渗透浓度过高而不适用，实际工作中，一般选用总浓度在0.05 mol·L-1～0.2 mol·L-1范围内。

3. 计算

根据亨德森-哈塞尔方程计算所需缓冲组分的量或体积。为配制方便，常常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱。有时在某弱酸中加入强碱或弱碱中加入强酸。如分别量取体积为V(HB)的HB溶液和V(B-)的NaB溶液相混合或稀释调整，即得所需pH近似值的缓冲溶液。

4. 校正

如果对pH要求严格的实验，还需在pH酸度计监控下对所配缓冲溶液滴加稀HCl或稀NaOH，对溶液pH加以校正。

【例3-3】缓冲溶液的配制

如何配制500 m L pH为5.00的缓冲溶液?若要求溶液中HAc浓度为0050 molL-1，需要加入NaAc3H2O的质量是多少？现有60 molL-1HAc，计算需要多少体积？请你设计配制此缓冲溶液的操作步骤，并计算此缓冲溶液的渗透浓度。若需300 mmolL-1的等渗溶液需要

加入多少质量的NaCl (s)?已知25℃时pKa(HAc)= 4.76。

【解】将已知数据代入亨德森-哈塞尔方程式

c(Ac)pH＝pKa(HAc) + lg

c(HAc)c(Ac)5.00 = 4.76+ lg -10.050molLc (NaAc) = 0.087 molL-1

n(NaAc) = 0.087 molL-1×0.5 L = 0.044 mol

m (NaAc3H2O) = n (NaAc ) M(NaAc3H2O) = 0.044 mol×136.1gmol-1 = 6.1 g

需要60 molL-1 HAc 的体积: V(HAc) = 0.050 molL-1×0.5 L÷6.0 molL-1 = 4.1mL

缓冲溶液的渗透浓度:cos = (0.087molL-1×2 + 0.050molL-1)×1000 = 224 mmolL-1 若需要渗透浓度为300 mmolL -1的缓冲溶液则需要加NaCl:

(0.300-0.224) molL-1m (NaCl) = 0.5L×58.5 gmol-1 = 1.11g

2第五节 血液中的缓冲系

我们人体内的酸碱性物质来源于食物、机体的代谢和消化液的吸收。如食物和机体中的糖、脂肪、蛋白质的消化和代谢中最终产物CO2是酸的主要来源之一，另外代谢中也会产生乳酸、丙酮酸等酸性物质。通常将糖、脂肪、蛋白质称为酸性食物。蔬菜、水果在体内代谢会产生碱性物质。每时每刻机体都会产生不同种类和不同浓度的酸性或碱性物质，但是由于我们体内存在着多种生理缓冲系，维持着正常人血浆的pH约为7.35—7.45。血浆pH主要决定于血浆中的缓冲对，即NaHCO3/ H2CO3的比值。血浆中尚有其它缓冲对，如蛋白质钠盐/蛋白质、Na2HPO4/NaH2PO4，在红细胞内尚有血红蛋白钾盐/血红蛋白（H2b-Hb-）、氧合血红蛋白钾盐/氧合血红蛋白（H2bO2-HbO2-）、K2HPO4/KH2PO4、KHCO3/ H2CO3等缓冲对。一般酸碱物质进入血液时，由于有这些缓冲系统的作用，对血浆pH的影响已减至很小，特别是在肺和肾脏不断排出体内过多的酸或碱的情况下，通常血浆pH的波动范围极小。

在这些缓冲系中，以碳酸缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大，在维持血液正常pH中发挥的作用最重要。碳酸在溶液中主要是以溶解状态的CO2形式存在，在CO2- HCO3-缓冲系中存在如下平衡

CO2(g)CO2(g) + H2OH2CO3Ka1(H2CO3)H+ + HCO3- 25℃时pKa1(H2CO3) = 6.35，CO2是溶解在离子强度为0.16molkg-1的血浆中，体温为37℃时，应校正为pKa1′(H2CO3)=6.10，所以血浆中的碳酸缓冲系pH的计算方程式为

pH＝pKa1′(H2CO3)+lg

][HCO3[CO2(aq)]＝6.10+lg

][HCO3[CO2(aq)] (3-9)

正常人血浆中[HCO3-]和[CO2(aq)]浓度分别为0.024mol·L-1和0.0012mol·L-1，将其代入式(3-9)，可得到血液的正常pH

0.024molL120pH＝6.10 + lg＝6.10 + lg＝7.40

0.0012molL11 在体内，HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，在一定程度上可以代表血浆对体内所产生非挥发性酸的缓冲能力，所以将血浆中的HCO3-称为碱储。

人体内正常血浆中HCO3- CO2(aq)缓冲系的缓冲比为201׃，已超出前面讨论的体外缓冲溶液有效缓冲比(即101׃～110׃)的范围，似乎应该是缓冲能力很小，但是由于人体是一个“敞开系统”，既有物质的交换又有能量的交换 ，当机体内 CO2(aq)或HCO3-的浓度改变时，可由肺呼吸作用和肾的生理功能获得补偿或调节，使得血浆中的HCO3-和CO2(aq)的浓度保持相对稳定。因此，血浆中的碳酸缓冲系总能保持相当强的缓冲能力，特别是抗酸的能力。

CO2刺激呼吸是通过两条途径实现的：一是通过刺激中枢化学感受器再兴奋呼吸中枢；二是刺激外周化学感受器，冲动经窦神经和主动脉神经传入到延髓呼吸有关核团，反射性地使呼吸加深、加快，增加肺通气。

HCO3-在血浆中是以钠盐（NaHCO3）的形式存在的，NaHCO3滤过囊腔并进入肾小管之后可解离成Na+ 和HCO3-。肾小管各段细胞均可分泌H+。分泌H+ 可和Na+ 进行交换（靠载体蛋白来实现），使Na+ 进入细胞并和细胞内产生的HCO3-一起被转运回血液。小管液中的HCO3-是不易透过管腔膜的，它与分泌的H+结合而生成H2CO3，H2CO3再分解为CO2 和H2O。而CO2是高度脂溶性物质，能迅速通过管腔膜进入细胞，在碳酸酐酶的催化下生成H2CO3。H2CO3进而解离成H+ 和HCO3-。H+ 可由细胞分泌到小管液中，HCO3- 则与Na+一起被转运回血。因此，肾小管重吸收HCO3-是以CO2的形式。如果滤过的HCO3-量超过了分泌的H+，HCO3-就不能全部（以CO2形式）被重吸收。由于它不易透过管腔膜，所以余下的便随尿排出了。值得注意的是H+的分泌是与HCO3-的重吸收密切相关的。

由图3-3的示意为：血液中缓冲比保持一定数值不变，是由CO2浓度瞬时变化刺激脑干呼吸中枢和外周化学感受器作出响应，改变肺换气率以恒定CO2在正常水平；而HCO3-浓度的变化由肾排H的变化和对滤过的HCO3- 重吸收来调节，从而维持正常血液 pH稳定。

+

-

当血液

图3-3 血液中碳酸缓冲系示意图 中主要缓冲对的缓冲比[HCO3-]/[CO2(aq)]倘若超出18/1~22/1也就是超出了血浆pH 7.35~7.45的正常范围，将导致酸中毒(acidosis)或碱中毒(baseosis)。酸碱性中毒又可分为：代谢性酸中毒、呼吸性酸中毒、代谢性碱中毒、呼吸性碱中毒四种类型。代谢性酸中毒有可能发生在体内产生的酸（如酮体）过多、肾功能不全或严重腹泻丢失大量NaHCO3，使细胞外液的HCO3-浓度降低，[HCO3-]/[CO2(aq)]18/1，血液pH下降超出7.35。呼吸性酸中毒通常是肺部呼出障碍（换气不足），如肺气肿、呼吸道梗阻等，当CO2潴留严重时会出现疲惫、兴奋或烦躁、甚至昏迷，称为二氧化碳麻醉状态。代谢性碱中毒有可能是大量胃液的丢失，如大量的呕吐、洗胃等，或碱性药物大量进入胃中引起。呼吸性碱中毒有可能是肺部过度换气，呼出CO2过多使[HCO3-]/[CO2(aq)]22/1，血液pH升高超出7.45。如脑炎、高烧等，症状为头晕目眩。可以用纸口袋罩住病人口鼻，吸入自己呼出的高浓度CO2气体，缓解呼吸性碱中毒。

在临床检验中测定体内血液CO2 和pH对判断病人酸碱失调及其疗效观察有着重要作用。

Summary

Solution that resist a change in pH upon addition of small amounts of a strong acid or a strong base are called buffered solution. Therefore, buffers are useful when it is desired to maintain the pH of a solution within narrow limits. A buffer consists of large reservoirs of the components of a conjugate acid-base pair.

The pH of a buffer is determined by two factors: the value of Ka for the weak- acid component of the buffer, and the ratio of the concentrations of the conjugate acid-base pair:

[B-]pH＝pKa + lg (3-1)

[HB]Equation (3-1) is known as the Henderson-Hasselbalch equation.

Buffer capacity is depends on amount of acid and base from which the buffer is made, and the ratio of the concentrations of the conjugate acid-base pair. A buffer with a large capacity

contains large concentrations of the buffering components. When the pH of a buffer equals the pKa of the acid component, the ratio =1, the buffer has its highest capacity. A buffer has an effective range of pKa  1.

When preparing a buffer, you should (1) choose the conjugate pair;(2) calculate the ratio of buffer components; (3) determine the buffer concentration and (4) adjust the final buffer to the desired pH by adding strong acid or strong base, while monitoring the solution with a pH meter.

Human blood is slightly basic with a normal pH of 7.35~ 7.45. When the falls below 7.35, the condition is called acidosis; when it rises above 7.45, the condition is called alkalosis. The major buffer system that is used to control the pH of blood is the carbonic acid - bicarbonate buffer system.. Carbonic acid, H2CO3, and bicarbonate ion, HCO3-, are a conjugate acid-base pair: The pK′a 1 value of H2CO3 equals 6.10 at physiological temperatures, the ratio [base]/[acid] must have a value of about 20. In normal blood plasma the concentrations of HCO3- and H2CO3 are about 0.024 mol·L-1 and 0.0012 mol·L-1, respectively. The principal organs that regulate the pH of the carbonic acid - bicarbonate buffer system are the lungs and kidneys.