这个计算器能做什么
缓冲液之所以能抵抗 pH 变化,是因为体系中同时存在处于平衡状态的弱酸(HA)及其共轭碱(A⁻)。本工具可以告诉你:要在指定的总浓度和体积下配出目标 pH,每种组分究竟需要多少。无论是醋酸盐、磷酸盐、Tris、碳酸盐还是柠檬酸盐等任何一对共轭酸碱体系,只要知道对应的 pKa,都能直接套用。
公式原理
亨德森-哈塞尔巴赫方程为 \(\text{pH} = \text{pKa} + \log_{10}([A^-]/[HA])\)。把它整理成比值形式,即得 \(r = [A^-]/[HA] = 10^{\,\text{pH} - \text{pKa}}\)。算出 \(r\) 后,将缓冲液总浓度 \(C\) 按比例拆分:共轭碱占 \(r/(1+r)\),弱酸占 \(1/(1+r)\)。再用各自的浓度乘以目标体积 \(V\),就得到需要称量或移取的摩尔数。
$$\begin{gathered} n_{A^-} = C_{\text{total}} \cdot V \cdot \frac{R}{1+R}, \qquad n_{HA} = C_{\text{total}} \cdot V \cdot \frac{1}{1+R} \\[1.5em] \text{where}\quad \left\{ \begin{aligned} R &= 10^{\,\text{pH} - \text{pKa}} \\ C_{\text{total}} &= \text{Total Conc (mol/L)} \\ V &= \text{Volume (L)} \end{aligned} \right. \end{gathered}$$
使用方法
输入目标 pH、弱酸的 pKa、想要的缓冲液总摩尔浓度,以及打算配制的体积。计算器会返回 \([A^-]/[HA]\) 比值、每种组分的浓度、所需摩尔数,以及各组分在缓冲液中所占的百分比。为了获得良好的缓冲能力,建议选用与目标 pH 相差约 ±1 个 pH 单位以内的 pKa。
实例演示
假设你要配制 1 L、浓度为 0.1 M、pH 7.4 的磷酸盐缓冲液,所用 pKa 取 7.21。比值 \(= 10^{\,7.4 - 7.21} = 10^{0.19} \approx 1.549\)。共轭碱占比为 \(1.549/2.549 \approx 0.6077\),因此 \([A^-] \approx 0.0608\ \text{M}\)(0.0608 mol),\([HA] \approx 0.0392\ \text{M}\)(0.0392 mol)。将这两份用量一起溶解,再定容至 1 L 即可。
常见问题
多元酸该选哪个 pKa? 选与目标 pH 最接近的那一个。磷酸盐在 pH 7 附近应取 pKa2 ≈ 7.21。
计算中考虑了离子强度吗? 没有——本工具采用理想的亨德森-哈塞尔巴赫近似。对于精度要求高的实验,请用校准过的 pH 计实测并加以调整。
能不能直接得到克数而不是摩尔数? 把输出的摩尔数乘以对应盐的摩尔质量,即可换算成需要称取的克数。