缓冲液的应用、缓冲方程及缓冲容量

由于结晶化合物中存在少量的有机酸或碱，缓冲剂能够防止酸或碱改变溶液的 pH 值。

缓冲液的必要性：有时需要制备并储存具有特定pH值的溶液。这个过程比制备溶液本身更加复杂。溶液中的二氧化碳会从空气中吸收二氧化碳，导致溶液变酸；而玻璃瓶中的碱性杂质也可能改变溶液的pH值。因此，制药用溶液通常会添加缓冲剂，以确保即使加入极少量的酸或碱，溶液的pH值也能保持相对稳定。

缓冲液的应用

在制药行业中，pH值通常通过使用生物缓冲剂来维持。

1. 稳定药物的成分：防止胃肠道环境破坏或改变阿司匹林等关键成分的pH值。
2. 通过分离和纯化的方式，提纯特定的成分，例如胰岛素。
3. 确保药物能够溶解：某些成分只有在特定的 pH 值下才能溶解。
4. 确保原料药具有生物活性：某些成分（如胃蛋白酶）在pH值低于特定范围时无法保持其活性。
5. 一种药物能否被注入人体：注射液的颜色和pH值与血液非常接近；眼药水的成分和特性也与眼睛周围的环境非常匹配。
6. 它通过充当缓冲剂来减少胃酸含量，从而抑制胃酸的分泌。
7. 在生物系统中，有两种缓冲系统维持血液的pH值在7.4。首先是血浆中的主要缓冲系统：血浆中含有两种酸和碱——碳酸和碳酸氢钠。在红细胞中，次要缓冲系统包括氧合血红蛋白、血红蛋白以及磷酸酸和碱的钾盐。
8. 在制药系统中，药学部门会使用缓冲剂来通过调节产品的pH值来确保其最大稳定性。如果需要使用注射剂（即肠外制剂），必须特别注意pH值，因为较大的pH值偏差可能会对产品造成危害。注射剂的pH值应控制在7.4，这与血液的pH值相同。作为注射剂中的常用缓冲剂，通常会使用醋酸盐、磷酸盐、柠檬酸盐和谷氨酸盐。

缓冲方程

亨德森-哈塞尔巴赫方程（Henderson-Hasselbalch Equation）也被称为缓冲方程（buffer equation）。

对于酸缓冲液而言，pH值可以通过比较弱酸的解离常数K与酸和盐的浓度来计算。以下是弱酸的解离表达式示例。

HA ↔ H+ + A-

Ka = [H+] [A-] / [HA]

或者 [H+] = Ka [HA] / [A-] ------------- (1)

弱酸的解离程度很低，而当加入A-离子（同离子效应）时，其解离程度会进一步降低，导致未电离酸的平衡浓度几乎与其初始浓度相同。由于A-离子完全解离，我们假设A-的平衡浓度等于开始时加入的盐的浓度。在上面的方程（1）中，A-的浓度用盐的浓度来表示。

[H+] = Ka × [酸] / [盐] --------- (2)

如果你取两边的日志数据，我们就能得到：

log[H+] = logKa + log[酸] / [盐]

当两边都乘以 –ve 时

-log[H+] = -logKa - log([Acid] / [Salt])

根据对数关系，我们有： -log[H+] = pH 且 -logKa = pKa 因此，pH 可以表示为： pH = pKa - log[酸] / [盐] 或者 pH = pKa + log[盐] / [酸] （公式 3）

方程式（3）被称为亨德森-哈塞尔巴赫方程（Henderson-Hasselbalch equation）。通过知道酸和盐的浓度，可以利用该方程式来计算缓冲溶液的pH值。

对于碱性缓冲液——基于与酸性缓冲液相同的原理，我们可以计算碱性缓冲液的平衡方程式。假设一种碱性缓冲液是由弱有机酸（BOH）及其盐（BA）组成的混合物。我们可以将这种碱的解离常数表示如下：

BOH ↔ B+ + OH- Kb = [B+] [OH-] / [BOH] 或 [OH-] = Kb [BOH] / [B+] ------------- (1)

换句话说，未电离碱的平衡浓度与其初始浓度之间的差异很小。这是因为弱碱在盐（BA）的作用下仅发生轻微的解离，从而产生了B+离子（同离子效应）。由于盐在达到平衡时已经完全解离，因此可以认为B+离子的平衡浓度与最初加入的盐的浓度相同。因此，在方程（1）中，盐的浓度被用作B+离子浓度的衡量标准。

[OH-] = Kb × [碱] / [盐] --------- (2)

将这两个对数相加，我们得到：

log[OH-] = logKb + log([Base] / [Salt])

在等式的两边都加上负号（-ve）。

-log[OH-] = -logKb - log([Base] / [Salt])

根据对数关系，我们有： -log[OH-] = pOH 以及 -logKb = pkb 因此，可以得出： pOH = pkb – log[碱] / [盐] 或者 pOH = pkb + log[盐] / [碱] （公式（3））