缓冲溶液（Buffer solution）指的是由弱酸及其共轭碱（如HOAc与NaOAc）或弱碱及其共轭酸（如NH3·H2O与NH4Cl）组成的混合溶液，能在一定程度上抵御、减轻外加强酸或强碱对溶液酸碱度的影响，从而保持溶液的pH值相对稳定。

定义及来源：

在生化研究工作中，常常需要使用缓冲溶液来维持实验体系的酸碱度，实验溶液体系pH值的变化往往直接影响到研究工作的成效。在生物体内的生理化学过程中也起到重要作用，也需要在特定的pH条件下，才能发挥有效作用，若pH发生变化，酶的活性就大为降低，甚至丧失活力。又如人体血液的pH值约为7.4，持续偏离就是病理作用。缓冲溶液是无机化学及分析化学中的重要概念。缓冲溶液是指具有能够维持pH相对稳定性能的溶液。pH值在一定的范围内不因稀释或外加少量的酸或碱而发生显著的变化，缓冲溶液依据共轭酸碱对及其物质的量不同而具有不同的pH值和缓冲作用。

缓冲原理：

假设缓冲溶液里含有弱酸HA以及它的共轭碱A-。在溶液里发生的质子反应为：

H+的浓度取决于弱酸与其共轭碱的浓度比。当溶液中发生化学反应产生H+或者外加入酸时，多余的H+被缓冲液中的弱碱中和生成共轭酸，从而减少溶液中的H+；若溶液中消耗掉H+(内在化学反应引起或外加入碱等)，则构成缓冲的弱酸组分就电离出较多的H+，相对增加H+，以保持溶液pH不发生明显的变化。由于在C(A-)C(HA)大浓度基数上的微小变化不会改变比值，也因此维持了溶液中H+浓度的平衡。

pH计算:

缓冲溶液的共轭酸碱对的电离平衡可表示为:

根据平衡原理

将等式同时取对数，并简化就可以得到：

这就是Henderson-Hasselbalch方程。

根据此式可得出下列几点结论：

1.缓冲溶液的缓冲能力与组成缓冲溶液的组分浓度有关。0.1M HAc-NaAc组成的缓冲溶液，比0.01M HAc-NaAc的缓冲溶液缓冲能力大。例如加入0.005M HCl，根据方程0.1M HAc-NaAc的pH=pKa+lg[(0.1-0.005)/0.1]=pKa+lg[0.095/0.1]，C(A-)/C(HA)的比值由1变为0.95，pH值变化0.02，而0.01M HAc-NaAc的pH=pKa+lg[(0.01-0.005)/0.01]=pKa+lg[0.005/0.01]，C(A-)/C(HA)的比值由1变为0.5，pH值变化0.3，两者相差15倍。

2.缓冲液的pH值与弱酸的电离平衡常数Ka，弱酸及其共轭碱的浓度比例有关。弱酸的pKa值恒定，弱酸及其共轭碱的浓度比例不同时，就会得到不同的pH值。

3.弱酸及其共轭碱浓度相等时，即C(A-)/C(HA)=1，此时pH=pKa，溶液缓冲能力最强。

4.弱酸及其共轭碱等比例增减时，溶液的pH值不变。当缓冲溶液被适当稀释或浓缩时，由于溶液体积变化，C(A-)和C(HA)也改变，但是改变的倍数相同，C(A-)/C(HA)的比值不变，因此溶液pH值亦不变。故缓冲液不因适量稀释及浓缩而改变pH值。

5.弱酸及其共轭碱浓度比例相差越大，缓冲效率越低。

6.为了有较大缓冲能力，除已知较大浓度的共轭酸碱对，还需考虑C(A-)/C(HA)比值，一般应控制在0.1-10之间，也即pH=pKa±1或pOH=pKb±1。例如HAc的pKa为4.76，所以用HAc和NaAc适宜于配制pH为3.76-5.76的缓冲溶液，在这个范围内有较大的缓冲作用。配制pH=4.76的缓冲溶液时缓冲能力最大，此时C(HAc)/C(NaAc)=1。如上所述，弱酸的Ka是选择缓冲溶液的主要依据，以下是几种常见缓冲溶液的pH范围：

缓冲液

pKa

pH 范围

柠檬酸

3.13, 4.76, 6.40

2.13-- 7.40

醋酸

4.8

3.8 -- 5.8

磷酸盐

7.2

6.2 -- 8.2

硼酸盐

9.24

8.24 -- 10.24

CHES

9.3

8.3 -- 10.3

题外：

在实际工作中有些分析人员由于不大了解缓冲溶液的作用机理，当所配制和使用的缓冲溶液与规定的数值不相符时，为使缓冲溶液达到要求，就用盐酸或氢氧化钠等强酸、强碱进行调节, 以为这样做可以使缓冲溶液尽快达到所需要的pH值，然而，结果却适得其反，这样的溶液pH值虽然调对了，可是它的缓冲体系却被破坏了，作用也就失去了，缓冲溶液一般都是由弱酸及其弱酸盐或是弱碱及其弱碱盐组成的混合溶液。