При дабавлении щёлочи в буферную систему концентрация ионов водорода и значение pH практически не изменяются. Основание, соединяясь с другим компонентом буферной системы, а точнее с ионами H⁺ вступает в реакцию нейтрализации и образует слабый электролит - воду:

В результате основание заменяется в равном эквивалентном количестве солью, не влияющей на значение рН.

Вычисление показателя pH в буферном растворе

pH буферной системы рассчитывается по уравнению Гендерсона-Гассельбаха:

или

или

Следовательно, показатель pH буферной системы связан с соотношением концентраций соли и кислоты, либо соли и основания.

Буферной ёмкостью называется количество молей сильной кислоты или основания, дабавленного в 1 л буферного раствора, для изменения его pH на одну еденицу:

ммоль/л

где В–буферная емкость,

C –количество молей сильной кислоты или основания

pH₀ – начальное значение рН (до добавления кислоты или основания)

pH₁ – конечное значение рН

Буферная ёмкость раствора, связана с природой и концентрацией компонентов.

Значение буферных систем в медицине

Буферные системы имеют важное значение для деятельности живых организмов. В процессе обмена веществ в большом количестве образуются вещества с кислотными или основными свойствами. рН в организме остаётся неизменным так как в организме присутствуют вещества, обладающие буферными свойствами. Небольшое изменение pH в биологических системах, например при изменении рН крови (7,4) более чем на 0,4 единицы приводит к гибели организма. Следовательно неизменность природного значения pH имеет огромное значение для живых организмов.

Для человеческого организма большое значение имеют такие буферные системы как: гидрокарбонатная, гемоглобинная, фосфатная и белковая.

Гидрокарбонатный буфер в основном содержится во внеклеточной жидкости. Он состоит из угольной кислоты и гидрокарбоната натрия и считается одной из самых сильных буферных систем крови.

53 % всего общего буферного действия крови приходится на долю гидрокарбонатного буфера. При нормальном значении pH крови, а точнее при pH=7,4, гидрокарбонатный буфер имеет соотношение: H₂CO₃:NaHCO₃= 1:20

Фосфатная буферная система составляет основу буферной системы тканей и некоторых биологических жидкостей (моча, желудочный сок и т.д.). Концентрация фосфатов в крови относительно меньше, чем концентрация гидрокарбонатов. Всего 1% буферного действия крови приходится на долю фасфатного буфера. Этот буфер состоит из смеси однозамещённого (NaH₂PO₄) и даузамещённого (Na₂HPO₄) ортофосфатов натрия. В зависимости от соотношения этих солей можно получить буферные растворы с pH от 5,90 до 7,80.

Фосфатная буферная система широко используются в лабораторной практике, потому что значения pH в ней соответствуют физиологическим значениям реакционной среды.

Белковая (протеиновая) буферная система не менее значима, чем вышеупомянутые буферные системы, она необходима для поддержания кислотно-основного баланса по всему организму. Из за наличия белка в клетках и тканях происходит нейтрализация определенного количества кислоты или щелочи. Благодаря карбоксильной и аминогруппам в аминокислотах, содержащимся в белковых молекулах, белки обладают амфотерными свойствами.

Занимая 75% всего буферного действия в эритроцитах крови гемоглобин – оксигемоглобиновая буферная система является сильнейшей буферной системой крови. Она в 9 раз сильнее бикарбонатной буферной системы.

При уменьшении способности организма противостоять изменению концентрации ионов H⁺ в пределах известных значений, нарушается кислотно-щелочной баланс, что приводит к ацидозу или алкалозу в биосистемах.

Отклонение значений кислотно-щелочного баланса от физиологических параметров может быть вызвано различными причинами. Выделяют в основном три типа причин:

1) Нарушение выделения СО₂ из лёгких;

2) В результате изменений в обменных процессах

или при образовании веществ с основным характером;

3) Нарушение выделения почками во внешнюю среду веществ с кислотным или основным характером.

Во многих случаях кислотно-щелочные дисбалансы в организме человека вызваны комбинированным воздействием всех трёх факторов.

При попадании в организм небольшого количества кислот или щелочей первоначально идёт нейтрализация их за счёт буферных систем, но одновременно с этим активизируется выведение избытка кислот и щелочей с помощью почек и лёгких и процесса обновления резерва буферных систем.

Практическая часть Опыт 1. Приготовление ацетатных буферных растворов с разным значением pH

Для опыта используются 0,1 моль/л растворы CH₃COOH и CH₃COONa. В 5 пробирок, согласно значениям объёма, указаным в таблице, наливаются растворы уксусной кислоты и ее соли. В каждую пробирку добавляется по 3 капли метилоранжа, перемешиваются и в каждом случае в таблице записывается цвет раствора и значение рН, измеренное при помощи рН-метра. Затем значение рН растворов рассчитывается по следующей формуле Гендерсона-Гассельбаха:

№	Состав буферной смеси, мл		рНтеор	рНпракт	P %
	CH3COOH	CH3COONa
1	10	10
2	15	5
3	12	8
4	8	12
5	5	15

pKCH₃COOH= 4,74; если концентрации соли и кислоты равны между собой, в уравнении Гендерсона-Гессельбаха отношение концентраций кислоты и соли можно заменить отношением объемов растворов. Относительная ошибка эксперимента рассчитывается по формуле и результаты записываются в таблицу:

Опыт 2. Определение буферной ёмкости сыворотки крови

В 2 колбы наливается по 5,00 ml сыворотки крови (pH=7,4). В одну из колб добавляется 2 капли фенолфталеина и 0,1 mol/l раствора NaOH и титрируется до образования светло розового цвета (Рис.7.1.). В другую колбу добавляется 2 капли метилоранжа и 0,1mol/l раствор HCl и титрируется до образования желтовато-розового цвета (рис. 7.2.).

Рис. 7. 1. Титрование сыворотки крови раствором щёлочи

Рис.7.2. Титрование сыворотки крови раствором кислоты

Результаты необходимо ввести в таблицу. Буферная емкость сыворотки крови рассчитывается по следубщей формуле:

где: B_кисл— буферная емкость по кислоте; B_осн — буферная емкость по основанию; V_NaOHи V_HCl–объем рабочих растворов кислоты и основания; N —молярная эквивалентная концентрация рабочего раствора; pH₀ и pH₁—начальная и конечные показатели концентрации водорода.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение буферным системам.

2. Что называется буферным действием?

3. Из чего состоит механизм буферного действия?

4. Напишите формулы расчёта pH буферных систем.

5. Дайте определение буферным системам

6. Перечислите буферные системы крови

7. Назовите буферные системы в внутриклеточной и межклеточной жидкостей.