这个计算器能做什么
目标pH缓冲液配比计算器可以精确告诉你：相对于弱酸，需要多少共轭碱才能把缓冲液稳定在你想要的pH。它把亨德森-哈塞尔巴赫方程做了变形，只要输入目标pH和缓冲对的pKa，就能立即得到所需的[碱]/[酸]摩尔比，以及两种形态各自所占的百分比。这是通用的化学原理，全球适用，不受国家或地区限制。
使用方法
输入你希望缓冲液维持的pH值，以及所用酸碱共轭对的pKa（例如乙酸pKa为4.76、磷酸pKa为7.2、Tris pKa为8.06）。计算器会返回共轭碱与酸的比值，并给出缓冲液中各形态所占的比例。用这个比值乘以你的酸的摩尔数，就能得到需要加入的碱的摩尔数。
公式详解
亨德森-哈塞尔巴赫方程为：\(\text{pH} = \text{pK}_a + \log\frac{[\text{碱}]}{[\text{酸}]}\)。解出比值即得到 $$\frac{[\text{碱}]}{[\text{酸}]} = 10^{\,\text{pH} - \text{pK}_a}$$ 当pH等于pKa时，比值为1（即50:50的混合，此时缓冲能力最强）。pH每比pKa高出1个单位，比值就增大10倍；每低1个单位，则缩小为原来的1/10。
实例演算
若要用pKa为6.1的形态配制pH 7.4的磷酸缓冲液，比值为 $$10^{7.4 - 6.1} = 10^{1.3} \approx 19.95$$ 也就是说，每1份酸大约需要配19.95份共轭碱——约相当于95.2%的碱和4.8%的酸。
常见缓冲液pKa值
Henderson–Hasselbalch方程在目标pH值大约在缓冲液的\(\text{pK}_a\)的\(\pm 1\)单位范围内时效果最佳，此时共轭碱/酸比值保持在大约0.1到10之间。下表列出了\(\text{pK}_a\)值（在或接近25 °C）以及广泛使用的缓冲液及其实际缓冲范围。
| 缓冲液 | pKa | 有用的pH范围 |
|---|---|---|
| 柠檬酸（pKa1） | 3.13 | 2.1 – 4.1 |
| 乙酸 | 4.76 | 3.8 – 5.8 |
| 柠檬酸（pKa2） | 4.76 | 3.8 – 5.8 |
| MES | 6.15 | 5.5 – 6.7 |
| 碳酸氢盐（pKa1） | 6.35 | 5.4 – 7.4 |
| 柠檬酸（pKa3） | 6.40 | 5.4 – 7.4 |
| 磷酸盐（pKa2） | 7.20 | 6.2 – 8.2 |
| MOPS | 7.20 | 6.5 – 7.9 |
| HEPES | 7.55 | 6.8 – 8.2 |
| Tris | 8.06 | 7.0 – 9.0 |
| 硼酸盐 | 9.24 | 8.2 – 10.2 |
| 甘氨酸（pKa2） | 9.60 | 8.6 – 10.6 |
有用范围约为\(\text{pK}_a \pm 1\)；超出此范围，缓冲液几乎没有容量来抵抗pH变化，因为一种物质占主导地位。
不同目标pH值下的碱酸比
因为该比值仅取决于\(\text{pH}-\text{pK}_a\)的差值，一个表格适用于每种缓冲液。每增加一个pH单位会使该比值增加十倍。百分比显示共轭碱\(\text{A}^-\)与酸\(\text{HA}\)占缓冲液总量的比例。
| pH − pKa | 比值 [A−]/[HA] | % 碱（A−） | % 酸（HA） |
|---|---|---|---|
| −2.0 | 0.01 | 0.99 % | 99.01 % |
| −1.0 | 0.10 | 9.1 % | 90.9 % |
| −0.5 | 0.316 | 24.0 % | 76.0 % |
| 0.0 | 1.00 | 50.0 % | 50.0 % |
| +0.5 | 3.16 | 76.0 % | 24.0 % |
| +1.0 | 10.0 | 90.9 % | 9.1 % |
| +2.0 | 100 | 99.01 % | 0.99 % |
在中点（\(\text{pH}=\text{pK}_a\)）处，碱和酸相等，缓冲能力最强。超出\(\pm 1\)单位以外，一种形式占缓冲液的90%以上，因此容量急剧下降。
常见问题
为什么要把pH控制在pKa的±1个单位之内？ 一旦超出±1个pH单位的范围，缓冲液中90%以上都是某一种形态，难以抵抗pH的变化，缓冲能力就会很弱。
温度有影响吗？ 有的——pKa值会随温度而变化（Tris尤为明显），所以一定要采用实际工作温度下的pKa。
怎样把比值换算成具体用量？ 先确定缓冲液的总浓度，再按照结果中给出的碱、酸比例进行分配即可。
