一、摘要
目的為配置緩衝溶液並測量其pH值與緩衝溶液之緩衝性質的測定，主要用酸度計去測量其結果，次要則是用酸鹼指示劑去判斷其酸鹼值的範圍。測量緩衝溶液時，發現當pH值從6.36到8.24，加入溴麝香酚藍之溶液顏色由黃轉綠轉藍，因此，溴麝香酚藍適合拿測pH值6-8之間的弱酸弱鹼；測定緩衝溶液之緩衝性質時，發現在pH值與酸/鹼滴數的作圖中，緩衝溶液幾近於一條斜直線，蒸餾水則為曲線，因此，緩衝溶液的緩衝性比蒸餾水的緩衝性來得好。
二、前言
目前最主要的酸鹼理論有三個，阿瑞尼士酸鹼(Arrhenius)：在水中，酸能解離出氫離子；鹼能解離出氫氧根離子(Day ＆ Selbin, 1969)、布忍斯特-洛瑞酸鹼(Brønsted-Lowry)：酸能夠提供質子；鹼能夠接受質子(Brønsted, 1923; Lowry, 1923)、路以士酸鹼(Lewis)：酸為電子對的接受者：鹼為電子對的給予者(Lewis, 1923)。然而，酸鹼值常以pH值來表示，pH值的定義為-log[H+]，測量其數值方法有使用酸鹼指示劑再搭配酸鹼滴定(Acid-Base Titration)去定量或直接使用酸度計(pH meter)。
細胞對酸鹼的改變是極為敏感的，所以生物體內常以緩衝溶液的方式來維持酸鹼的平衡(陳等，2016)。當加入一些氫離子或氫氧根離子時，緩衝溶液可以抵抗酸鹼的變化，且溶液中含有弱酸及其鹽類或弱鹼及其鹽類。其為同離子效應(Common-ion Effect )的應用：當兩個具有相同離子的電解質，同時溶於可溶的溶劑當中時，其溶解度會互相影響而降低(Zumdahl ＆ Zumdahl, 2014)。例如：血漿裡的碳酸-碳酸根緩衝溶液，可使血漿pH值維持在7.35-7.45之間(Scorpi, 2000)，如果將氫離子加入血液當中，會促使碳酸的形成，此時血液中一部份的氫離子就不會以離子形態出現在血液當中，而達到酸鹼的恆定；如果是氫氧根離子，則會促使碳酸解離成碳酸根與氫離子，此時血液中一部份的氫氧根離子就會與其氫離子結合成水，而達到酸鹼的恆定。其原理為勒沙特列原理(Le Chatelier's principle)：當一個處在平衡的系統受到外力干擾時，則平衡會朝向抵外力的方向移動，而達成新的平衡。
三、材料與方法
試管 蒸餾水 溴麝香酚藍 0.1M KH2PO4
量筒 微量吸管 廣用試紙 0.1M K2HPO4
酸度計 微量滴管 0.1M HCl 0.1M NaOH
棉質紙
1.磷酸緩衝溶液的配置：先配置出0.1M, 50ml K2HPO4與0.1M, 50ml KH2PO4，分別取0.87g/0.68g並加水至50ml，之後再依照表一的配方配置出六根不同濃度的緩衝溶液。
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| 表一、磷酸緩衝溶液配方 |
2.酸度的測定：將各試管用酸度計測其酸度後，再加入5滴溴麝香酚藍(Bromothymol blue)，並觀察其結果。
3.緩衝溶液之緩衝性質的測定：依照表一試管4的配置方式，配置出兩根10ml緩衝溶液和兩根10ml蒸餾水，並分別用HaOH與HCl每次滴入2滴於緩衝液和蒸餾水，記錄其酸度變化，直到20滴為止。
四、結果
1.酸度的測定：當pH值從6.36到8.24，加入溴麝香酚藍之溶液顏色由黃轉綠轉藍（圖一、表二）。
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| 圖一、加入溴麝香酚藍之緩衝溶液的顏色 |
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| 表二、各緩衝溶液之pH值與顏色 |
2.緩衝溶液之緩衝性質的測定：B1/B2/B3/B4最後pH值前後變化分別為0.24/4.22/-0.14/-4.81，其中B1與B3幾乎為一條斜直線；B2與B4則為曲線（表三、圖二）。
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| 表三、酸鹼分別對緩衝溶液與蒸餾水的pH值影響 |
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圖二、酸鹼分別對緩衝溶液與蒸餾水的pH值影響
B1：pH6.84緩衝溶液+NaOH(aq)
B2：蒸餾水+NaOH(aq)
B3：pH6.84緩衝溶液+HCl(aq)
B4：蒸餾水+HCl(aq)
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五、討論
A1到A5的顏色可以很明顯的用肉眼判斷出為不同的顏色（圖一），因此，溴麝香酚藍很適合拿來檢測落在這個酸鹼值範圍（pH值：6-8）的物質。此範圍剛好從弱酸到弱鹼，因此，也很適合拿來當作緩衝溶液的酸鹼指示劑。
從B1-B4的折線圖中（圖二），可以看得出來緩衝溶液的緩衝性優於蒸餾水，並且弱酸緩衝液對酸的緩衝性又優於對鹼的緩衝性，而蒸餾水的pH值為7.63偏弱鹼，其對鹼的緩衝性優於對酸的緩衝性。至於，蒸餾水pH值並非為7，可能的原因有：蒸餾水被其他物質污染到、室溫並非為25℃、酸度計無校正正確……等等。然而，蒸餾水後半部變化比前半部變化緩和的可能原因有：pH值為對數值，每多1單位則相差10倍、勒沙特列原理，為了反抗變更酸/鹼，因此朝生成物的反應方向減弱。
六、引用文獻
1. 陳韻安（編），蘇昱任、宋姵瑢、許心瑜（修訂）。2016。實驗四、酸鹼與緩衝溶液。生物科學系普通生物學實驗。國立中山大學。第15-20頁。
2. Brønsted, J.N. 1923. Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen. Recl. Trav. Chim. Pays-Bas 42: 718-728.
3. Day, M.C., Selbin, J. 1969. Theoretical inorganic chemistry. New York: Reinhold.
4. Lewis, G.N. 1923. Valence and the Structure of Atoms and Molecules, Chemical Catalogue Company, New York.
5. Lowry, T.M. 1923. The uniqueness of hydrogen. J. Soc. Chem. Ind. 42: 43 – 47.
6. Scorpio, R. 2000. Fundamentals of Acids, Bases, Buffers and Their Application to Biochemical Systems. Kendall/Hunt Publishing Company.
7. Zumdahl, S.S., Zumdahl, S.A. 2014. Chemistry 9th ed. Brooks/Cole. pp.711-757.
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