缓冲溶液教学方法探讨

齐凤元 马勇

(渤海大学生物与食品科学学院 辽宁锦州121000)

缓冲溶液教学方法探讨

齐凤元 马勇

(渤海大学生物与食品科学学院 辽宁锦州121000)

根据食品专业学生特点，结合饮食与人体内的酸碱平衡关系讲解缓冲溶液的缓冲作用。

缓冲溶液是指能抵抗少量的酸、碱或稀释而保持本身pH基本不变的溶液。缓冲溶液之所以在后继课程的学习以及以后的实际工作中都有重要应用，主要是因为缓冲溶液的缓冲作用。本文根据食品专业学生的特点，结合饮食与人体内的酸碱平衡关系讲解缓冲溶液的缓冲作用。

1 缓冲溶液的缓冲作用范围

按照酸碱的质子理论，缓冲溶液中存在的质子转移平衡为:

如果忽略水的离解［1］，缓冲溶液pH的计算公式为:

其中弱酸为抗碱成分，共轭碱为抗酸成分。缓冲溶液具有缓冲作用就是因为同时具有抗酸成分和抗碱成分，这两种成分又称为缓冲对，并且二者是共轭酸碱对，能满足上述的质子转移平衡。因此，缓冲溶液可以抵抗少量的酸、碱或稀释而保持溶液的pH基本不变。缓冲溶液的缓冲作用能力强弱与抗酸成分及抗碱成分的浓度有关，二者浓度愈大缓冲能力愈强。对同一缓冲体系，缓冲能力的强弱与缓冲对浓度的比值有关，缓冲对的浓度比值愈接近1，缓冲能力就愈强。当缓冲对浓度比值大于10:1或小于1:10时，缓冲溶液基本没有缓冲作用，此时溶液的pH=p Kθa± 1。pH=p Kθa±1就是缓冲溶液发生缓冲作用的有效区间，称为缓冲溶液的缓冲作用范围。

2 结合人体内的酸碱平衡讲解缓冲作用

无论在科研还是在实际生产中，缓冲溶液都有广泛的应用，主要为以下两方面:一是控制溶液的酸度，二是用酸度计测定溶液的pH时，必须用标准缓冲溶液校准。根据食品专业特点，结合饮食与人体内的酸碱平衡关系讲解缓冲溶液的作用，有助于提高学生的学习兴趣和学习主动性。

2.1 酸碱平衡与人体健康的关系

人体内的环境需要相对稳定的酸碱平衡。体内物质的代谢反应是受各种酶控制的，而每种酶只有在一定pH范围的体液中才具有活性，因此各种体液必须恒定在一定的pH范围内，机体内的各种代谢反应才能正常进行［2］。如人体血液的pH在7.35～7.45之间，超过这一范围，机体的许多功能将发生异常变化，从而引起各种疾病，因此饮食应酸碱搭配。

通常说的酸性食物并不是指具有酸味的食物，而是指含氯、硫、磷等酸性元素的总量较高或含有不能完全氧化的有机酸，经人体消化吸收后，在体内形成酸性物质，如鱼、肉、蛋、粮食等;而碱性食物是指含有较多钾、钠、钙、镁等金属元素的食物，经人体消化吸收后，在体内形成碱性物质，如水果、蔬菜、茶叶、海藻类等［3］。由于生活水平的提高，人们通过饮食摄入的酸性食物较多，这样不仅容易使血液偏酸性，而且会增加体内碱性元素的消耗，如引起钙消耗过多，造成缺钙等。因此在饮食中要注意酸碱平衡。我们在教学中要求启发学生思考这样的问题:我们每天的饮食并没有严格遵守酸碱搭配的原则，为什么没有引起血液pH发生明显变化?这就引出了血液中存在着缓冲物质，由于缓冲物质的作用，使血液的pH维持在正常的范围内，进而联系食品专业的实际情况及饮食与健康的关系来讲解缓冲作用。

2.2 缓冲溶液在调节人体酸碱平衡中的作用

人体的血液之所以能恒定在一定的pH范围内，就是因为血液中有各种缓冲物质起缓冲作用，以及肺、肾的调节作用。人血液中的缓冲物质主要有 H2CO3－HCO3－、H2PO4－－HPO、 HnP－Hn－1P－(HnP代表蛋白质)等，其中最重要的是H2CO3－HCO缓冲体系，H2CO3以溶解状态的CO2形式存在，起抗碱作用;HCO是血浆中含量最多的抗酸成分，在一定程度上可代表血浆对体内产生的非挥发性酸的缓冲能力，称为碱储。在温度37℃时，离子强度为0.16的血浆的pH计算公式为:

正常人血浆中HCO3－和CO2的浓度分别为0.024mol·L－1和0.0012mol·L－1，代入上式得血浆pH的正常值为7.40。正常血浆中H2CO3－HCO3－缓冲体系的缓冲比为20:1，已超出体外缓冲溶液有效缓冲比的范围。但是体内的碳酸缓冲体系在起缓冲作用时，所引起抗酸成分(HCO3－)或抗碱成分(CO2)增多或减少的部分，可通过肺、肾的生理功能得到及时调节，而使20:1的缓冲比基本维持恒定。因此，血浆中碳酸缓冲体系总能保持相当强的缓冲能力，特别是抗酸能力。

血浆碳酸缓冲体系的缓冲作用与肺、肾的调节作用之间的关系可表示为:

当体内代谢产生的酸性物质进入血浆时，上式平衡向左移动，引起H2CO3量增多和HCO量减少，而增多的H2CO3通过肺加快呼吸速率以CO2的形式呼出;HCO减少的部分则由肾保留对HCO的排泄而得到补偿，从而使血液中［HCO］和［CO2］的比值基本不变;当体内碱性物质进入血液时，上式平衡向右移动，引起H2CO3量的减少和HCO量的增多，这种情况下，H2CO3减少的部分，由肺控制对CO2的呼出量来补偿，而HCO增多的部分则由肾加速对HCO的排泄来调节，从而使二者的比值恢复到20:1的水平，血浆pH恢复到正常水平。总之，由于血液中多种缓冲对的缓冲作用和肺、肾的调节作用，正常人血液的pH才能维持在7.35～7.45的狭小范围内［2］。

因为生活水平的提高，在人们的饮食中鱼、肉、蛋等酸性食物摄入较多，如果长期过多食用酸性食物，会使大量的酸性物质进入血液，超出血液中缓冲物质的缓冲作用以及肺和肾的调节作用限度，使血液酸性化而形成酸性体质。从分子生物学水平来考察，酸性体质易使基因表达遭到破坏，胰岛素原不能正常合成或在合成之后在激活过程中遇到障碍。

讲了这些原理以后，学生不但对缓冲溶液的缓冲作用有了深刻的理解和掌握，同时也认识到了饮食与健康的关系，使得一些有偏食习惯的学生改变了饮食结构，并提高了对食品专业的兴趣，从而由被动接受知识变成主动学习，极大地调动了学生学习的积极性。

［1］ 天津大学无机化学教研室.面向21世纪课程教材无机化学.第3版.北京:高等教育出版社，2002

［2］ 杨秀岑.基础化学.第4版.北京:人民卫生出版社，1998

［3］ 杨昌举.食品营养与消费.北京:新时代出版社，1995