缓冲液制备是化学和生化实验室中的常见过程。 缓冲液是弱酸与其共轭碱或弱碱与其共轭酸的混合物， 用于帮助混有缓冲液的另一种溶液的pH值保持稳定。 如果在溶液中添加少量其他酸或碱，或者由于溶液中发生的任何化学反应而产生少量其他酸或碱，缓冲液可阻碍整个溶液的pH值发生变化。 因此，在需要相对稳定的pH值的各种应用中，缓冲液非常有用。 缓冲液也称为pH缓冲液、氢离子缓冲液或缓冲溶液。
例如，人体血液中含有天然缓冲液，可将pH值稳定在7.35至7.45之间，这样，我们身体中的酶才能正常工作。 酶活性会随pH的不同而变化，保持稳定的pH值是进行生化检验的基本条件，用于确保酶达到正确活性水平。 在商业应用中，缓冲液的身影更是随处可见，洗发水中使用它来防止刺激皮肤，婴儿润肤露中使用它来抑制细菌滋生，隐形眼镜护理液使用它来确保pH值与泪液的pH值相近。
制备缓冲液包括多个步骤：称量成分、溶解成分、校正pH值并补足到所需体积。 缓冲液中的酸碱比例与最终pH值直接相关，称量成分时保持高准确度至关重要。 因此，使用正确校准且准确度足够的设备（天平、移液器和pH计）很重要。
缓冲液的制备不仅费时，且必须小心处理，确保缓冲液能达到预期效果。 当产品质量或生化分析取决于缓冲液的性能时，一次搞定自然最好。
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缓冲液的制备包含多个步骤：根据所需用途和目标体积计算各成分的相关值（浓度和数量）、称量各成分、溶解成分、校正pH值、补充溶液以达到最终体积、标记、记录结果、直接使用或者存储供以后使用。
加入少量酸或碱时，缓冲液是阻碍pH值改变的水溶液体系，由弱酸和其共轭碱组成。 缓冲液可吸收反应过程中释放的质子或在反应过程中质子被消耗时释放质子，保持溶液的pH值不变。 部分中性的弱酸或弱碱溶液可抵消在添加少量强酸或强碱后pH值的变化，这一发现就是“缓冲液”概念的来源。
共轭碱是给出一个质子的酸。
HA ↔ H+ + A-
酸 ↔ 质子 + 共轭碱
共轭酸是接受一个质子的碱。
A + H+ ↔ H+A
碱 + 质子 ↔ 共轭酸
已解离的离子和未解离的分子之间达成平衡。
例如，弱醋酸在水中发生部分解离，生成醋酸根离子：
CH3COOH ↔ H+ + CH3COO-
未解离的醋酸、氢离子和已解离的离子在溶液中平衡共存。
醋酸钠在水中解离时也会生成相同的醋酸根离子：
CH3COONa ↔ Na+ + CH3COO-
未解离的醋酸钠、钠离子和醋酸在溶液中平衡共存。
由于氢离子可与醋酸根离子结合生成醋酸，因此，由醋酸和醋酸钠混合而成的水溶液可吸收添加酸后产生的H+离子。 而且，由于添加碱而使溶液中出现OH-离子时，它们将与酸分子(H+)结合形成水。 这样，由于系统尝试恢复平衡，溶液的pH值将不会变化。 这就是缓冲液的工作方式。
在缓冲液中添加酸后会发生什么情况？
在弱酸及其共轭碱构成的平衡混合溶液中，加入一些强酸（H+更多）后，根据勒夏特列原理，平衡将向左移动。
在缓冲液中添加碱后会发生什么情况？
同样，如果在混合溶液中添加了强碱，氢离子浓度的降低幅度将小于预期平衡碱添加量所需的量。 这是因为反应向右移动，以适应与碱反应中H+的损失。
缓冲液的类型
由弱酸及其共轭碱组成的缓冲液称为酸性缓冲液，pH值小于7。 例如，由醋酸（弱酸）和醋酸钠（共轭碱）组成的缓冲液就是一种酸性缓冲液，pH值约为4.75。
由弱碱及其共轭酸组成的缓冲液称为碱性缓冲液，pH值大于7。 例如，由氢氧化铵（弱碱）和氯化铵（共轭酸）组成的水溶液就是一种碱性缓冲液，pH值为9.25。
制备缓冲液时需要考虑哪些问题
当缓冲液的pH值接近正在研究的系统或溶液的pH值时，才能发挥较大作用。 在人体生物学的酶研究中，需要使用与血液的pH值（7.35至7.45）相匹配的缓冲液系统，否则，酶将无法正常发挥作用。 如果缓冲液系统的pH值超出所需范围，也会对分析带来不利影响。
因此，必须能够制备具有指定pH值的缓冲液，这可通过不同方法来完成：
其中：pKa是弱酸的解离常数
[A-]是平衡时的共轭碱浓度
[HA]是平衡时的酸浓度
如果平衡点处的共轭碱和酸的浓度相同，则pH值将等于解离常数。 此时，缓冲液将提供最大缓冲能力。
此外，还可通过直接测定pH值，然后利用Henderson-Hasselbach等式来确定弱酸的解离常数。
通用缓冲液的优势
通用缓冲液由多种酸碱对组成。 因此，通用缓冲液可在更广泛的范围内保持溶液的pH值，适合更多应用。
制备和使用缓冲液的附加提示
在很多应用中，缓冲液都至关重要。 但是，缓冲液的制备耗时耗力，且必须小心处理，避免出错。 如果需要缓冲液制备方面的支持，或者希望获得能够满足您的准确度要求的天平方面的建议，我们的专家团队可随时为您提供服务。 请随时联系我们获得帮助或建议。
虽然简单的缓冲液可能只包含酸、碱和水，但是，通常情况下，实验室技术人员每天需要制备多种缓冲液，这些缓冲液一般包含2-5种成分，但也有可能多达20种。 一般实验室可能具有20多种缓冲液配方，适用于制备1升缓冲液。
缓冲液的相关计算
使用包含20多个配方的数据库，实验室技术人员必须首先确保选择了正确的缓冲液配方。 对于体积不是1升的缓冲液，必须相应地重新计算所有成分的量并记录新数值。 计算或记录新值过程中出现的任何错误，都可能导致缓冲液的pH值错误。 采用手动数据记录系统时，出错风险更高。
称量和记录重量结果
称量所有不同缓冲液成分时，必须小心，确保选择正确的成分并称出正确的数量。 必须记录每种成分的实际重量，如果手动记录结果或将值输入计算机中，则必须认真仔细，避免出现抄写错误。
根据每种缓冲液成分的所需量和天平的最小称量值，可能需要使用两种不同天平。 这就使操作过程变得复杂，并降低了效率。
pH计的准确性
检查缓冲液的pH值至关重要。 但是，如果使用的pH计未经校准和正确维护，则pH读数可能不准确。 使用pH值错误的缓冲液可能会严重影响随后的分析或产品质量。
文档记录
完成制备缓冲液后，必须仔细标记好所有信息，防止弄混。 为了确保缓冲液在使用时仍有效，标明过期日期非常重要。 必须记录与缓冲液制备相关的所有数据并安全存储，供以后参考，同时确保可追溯性。
梅特勒托利多的XSR精密天平简化了缓冲液的制备，并显著减少了实验室技术人员的工作量。
保存配方
最多可在天平上直接保存50个缓冲液配方来作为称量方法。 通过在天平上保存常用的缓冲液配方，可快速检索到所需方法开始工作。 天平提供详细操作说明，分析人员可轻松掌握缓冲液制备过程的进展。
自动计算和称量指南
开始执行每个方法时，只要输入所需的缓冲液体积，即可自动计算出各成分的数量。 完成称量每种成分后，SmartTrac称量指南将以图形格式对比显示出实际重量与目标重量。 只要所添加成分的重量位于预定义的容差范围内，彩色条将变为绿色。 这样，分析人员将能够更快更确定地进行称量。
高效过程和自动数据记录
完成添加每种成分后，天平将保存实际重量结果，然后自动去皮，帮助完成称量过程，且无需手动记录结果。 可将天平设置为：只要完成添加所有成分，即自动打印出重量结果。
简便测量pH
梅特勒托利多的SevenExcellence pH计是准确测量pH的良好选择。 这些易于使用的仪器配有触摸屏，触摸按键即可直接测量，并提供智能传感器管理。
pH测量的准确度取决于所用的校准液。 梅特勒托利多提供各种高品质的pH校准液，可满足您的特定需求。
细胞培养、细胞分离、酶测定及其他生物应用中所用的生物缓冲液必须具有显著特点。 缓冲液制备过程涉及多个不同的步骤，包括数量计算、物质称量、pH溶液值控制、移液等。
了解一些技巧和诀窍，有助于提高制备过程的效率，确保缓冲液的质量和可追溯性。
梅特勒托利多超越系列精密天平（XPR和XSR）和SevenExcellence pH计可连接到我们的专有LabX实验室软件，构建完全优化的系统，主要优点包括：
提供FDA 21CFR part 11合规性支持
LabX提供全面的数据管理功能，基本无需人工抄录数据，即使是包含详细信息的标签，也能够自动打印。 利用中心数据库，所有连接的用户和仪器都能够访问所存储的相同SOP来制备缓冲液。 这可确保每个分析人员都使用相同的设置和参数来执行缓冲液制备。 所有结果和过程元数据都被自动保存在安全数据库中，从而确保了完全可追溯性。
要准确校准pH计，需要使用pH值已知的准确的校准缓冲液！ 梅特勒托利多提供一系列高品质的pH缓冲液，通过NIST/DIN缓冲液保证良好精确度。
每个缓冲液都附带有测试证书，帮助确保合规性和可追溯性。 无论您只是需要技术型缓冲液，还是需要经过认证机构认证的缓冲液，总有一款满足您的需求。
选择您的问题
使用梅特勒托利多XPR/XSR天平，可保存专用称量方法。 具体到缓冲液制备，可在天平上利用“使用模板简单配制”方法，将每种缓冲液成分及其目标重量和容许区间保存为配方。 开始执行该方法时，将出现提示，指导您完成过程中的每一步。 不必浪费时间检查配方表，而且完全掌握过程的进展情况。 重量结果被自动保存，并可在结束时打印出来，无需手动记录所有重量结果，从而节省大量时间。
适合的天平取决于具体需求。 您需要了解要称量的最大和最小重量以及需要多准确地进行称量（即容差或允许误差是多少）。 为了帮助您选择满足应用需求的适合天平，梅特勒托利多提供免费服务。 请直接联系当地代表，获得免费的天平推荐。 该服务还可确定您的现有天平能否满足要求。
首先，将一个条形码扫描器连接到天平。 这样，将能够以电子形式记录样品ID、批号和订单号等。 接着，将打印机连接到天平。 使用梅特勒托利多的P-5x系列打印机，在称量过程结束时，可自动打印出结果以及元数据、日期和时间。 或者，也可以将天平连接到LabX实验室软件，该软件提供全面的数据管理，包括可直接发送到LIMS或ERP的自定义报告。
为了确保准确度，必须对pH计进行定期校准和检查。 请查看相关指南，了解有关梅特勒托利多提供的轻松校准pH计的解决方案的更多信息。 此外，还可查看视频：pH校准——实用操作指南。
如果在称量一种成分时，不小心称出太多，则可补足其他成分的量，而不是丢弃当时已称量出的材料。 如果由人工计算数量，则很具有挑战性，且出错风险很高。 而且，还应注意，所需的附加量可能非常少，所用天平可能不适合此类称量。 可能需要使用准确度更高且最小称量值更小的第二台天平。 如果天平已连接到LabX，则LabX可执行必要的重新计算，并跟进操作过程的进度。
