由误将Na2HPO4替代NaH2PO4配制缓冲溶液引发的思考
今天早上,同事在配制缓冲溶液时发现所需的NaH2PO4试剂瓶空空如也,而恰巧旁边有一瓶未开封的Na2HPO4试剂,考虑到新的NaH2PO4试剂需要一周才到,而这两种试剂性质很相似,如果调制成相同pH的缓冲液,可以将两种试剂的酸度拉平到同一起跑线上,其缓冲溶液的性质不就相同了嘛。理论上说服自己后,说干就干,于是乎,用Na2HPO4按照标准配制好缓冲溶液(pH=3.0)后,进液相系统跑样。
事后,我们聊起来此事,我的第一反应也是没毛病。不过再想一想,总感觉哪里不对劲。于是,我翻阅了一些资料,学习了一下缓冲溶液的知识,认识到该做法的错误性。
我们知道,缓冲溶液是一种可以对溶液的酸度起稳定作用的溶液,通常是由弱酸及其共轭碱或弱碱及其共轭酸、高浓度的强酸或强碱、两性物质等组成的溶液。该例中NaH2PO4(浓度为Camol/L)为弱酸,Na2HPO4为共轭碱(浓度为Cbmol/L)。其[H+]的浓度计算公式为:
[H+] = Ka * (Ca-[H+]+[OH+])/(Cb+ [H+]-[OH+])
当溶液呈酸性时(pH<6.0),上式可简化为:
[H+] = Ka * (Ca-[H+])/(Cb+ [H+])
Ca ≥ 20[H+];Cb≥20[H+] 时,得到Henderson缓冲公式:
[H+] = Ka * Ca /Cb
pH = pKa + lg(Cb / Ca)
看到这里,小伙伴们是不是顿时豁然开朗哈!只要弱酸和共轭碱的浓度比值固定,其缓冲溶液的pH 值就恒定。但是存在一个误区:并不是固定弱酸和共轭碱的浓度。所以,假如同时配制两种盐:0.1mol/L的NaH2PO4溶液和0.1mol/L的Na2HPO4溶液,然后分别滴加H3PO4溶液至两溶液的pH =3.0,则后者的弱酸和共轭碱的浓度是前者的2倍关系。这就造成了所配制的两种缓冲溶液的缓冲能力差别很大。因此,如果非要替代的话,可以将Na2HPO4的用量调整为规定量的同理,如果配制pH =11.0的缓冲溶液,二者的浓度是什么关系呢?