緩沖溶液配制與性質實驗的優化

謝達春

·教學科研·

緩沖溶液配制與性質實驗的優化

謝達春

本文針對大學無機化學實驗中緩沖溶液的配制與性質部分設計因素水平少，實驗人為誤差大等主要問題，以增設緩沖溶液濃度梯度、緩沖比、酸堿影響因素水平、改用精密pH計測量數據的方法，對該實驗的優化進行了探討。

]無機化學實驗；緩沖溶液；優化

無機化學課程是藥學院面向廣大藥學、中藥學方向同學開設的一門基礎課程，其中緩沖溶液的配制和性質是無機化學知識體系中的重要部分，它不僅包含了對強弱電解質、電離平衡理論的深入理解，還緊密地聯系到藥物生產和制劑工藝等諸多領域。對于廣大藥學方向的同學來講，它無疑是理論聯系實際的重要章節。

1 目前的現狀

無機化學實驗中緩沖溶液的配制和性質部分，通常設計是對比純水和醋酸-醋酸鈉緩沖溶液在加入少量酸、堿和適量稀釋情況下pH值的改變，從而說明緩沖溶液的緩沖效果。其中有如下不足：

①原實驗設計的緩沖溶液只有一種濃度和緩沖比，實驗結果不能體現不同總濃度以及不同配比的緩沖溶液之間緩沖效果的差異，即無法說明什么樣的緩沖溶液才是最好的；

②原實驗設計外加酸、堿的因素水平只有一個，使得學生只能定性的驗證緩沖效果，無法真正掌握緩沖效果的動態變化規律；效果如圖1所示。

③原實驗設計使用pH試紙，通過對比試紙顏色與標準比色卡來確定當下溶液的酸堿情況，其中存在較大的人為誤差，結果難以準備反映真實情況。

圖1 原實驗流程效果示意圖

2 實驗的優化

本文針對無機實驗目前的現狀，進行了如下優化：增設一個緩沖溶液總濃度梯度，增設兩種緩沖比的緩沖溶液，增設六個外加酸堿影響因素水平，更新pH值測量方法，更新實驗結果分析評價內容。

2.1 在原單一濃度的基礎上增設至兩個緩沖溶液總濃度梯度（0.2 mol．L-1與1.0 mol．L-1）[1]，使兩梯度在外加酸堿時，pH變化幅度產生顯著性差異，具體如圖2所示。

圖2 pH值變化幅度與緩沖溶液總濃度的關系

2.2 在原單一緩沖比的基礎上增設至三種緩沖比的緩沖溶液（緩沖比分別為10:1、1:1和1:10）[2]，使三個不同配比的緩沖溶液在外加等量酸堿時pH變化幅度產生顯著性差異，結果如圖3所示。

2.3 在原酸性、堿性與中性等三個外加試劑影響因素的基礎上增設至八個外加酸堿影響因素水平，合理分布八因素水平，使以外加酸堿量為橫坐標，所得pH值為縱坐標的直角坐標系中，八因素水平對應的點，能夠較好的擬合為一條真實完整的pH值變化曲線圖，結果如圖3所示。

圖3 pH值變化幅度與緩沖比的關系

2.4 與原實驗所用pH試紙相比，更新pH值測量方法，使用精密pH計（上海雷馳PHS-4C+型精密pH計，測量誤差±0.01個單位）替代傳統pH試紙以提高測量的準確度和精密度。

2.5 更新實驗結果分析評價，使用坐標紙將加入酸堿量和pH值描點作圖，從而得到pH值隨外加酸堿量的變化規律曲線，從曲線的斜率變化和總體走勢分析并掌握緩沖溶液的基本性質。

綜上所述，筆者對原實驗方案進行了相應優化，使用精密pH計動態測定不同濃度和不同緩沖比的緩沖溶液隨外加酸堿量增加而呈現的pH值變化，并將實驗測量結果作圖從而得到其pH變化規律的曲線，使學生對于緩沖溶液的性質有較全面而形象的認識。較之原實驗，本次優化在實驗儀器的先進性，測量結果的準確性、精密性上都有一定提高，但是實驗依然存在諸多不足，希望在今后的教學實踐中與各位師生共同探討。

[1] 周群華,張予新.緩沖溶液實驗[J].科技文匯,2011(2):115.

[2] 羅恩平.緩沖溶液性質演示實驗方案的探討[J].化學工程與裝備,2012(12):241.

（責任編輯：陳思敏）

[文獻標識碼]A

1674-926X(2014)02-029-02

成都中醫藥大學實驗技術項目

成都中醫藥大學藥學院實驗中心 中藥材標準化教育部重點實驗室 中藥資源系統研究與開發利用省部共建國家重點實驗室培育基地，四川 成都611137

謝達春（1984 - ）男，碩士，助理實驗師，主要從事本科無機化學理論與實驗教學工作

Email:d.ch.spring@163.com

2013-10-28