什麼是緩衝溶液 pH 計算器？
緩衝溶液能在加入少量酸或鹼時，抵抗 pH 值的劇烈變化。本計算器採用亨德森–哈塞爾巴爾赫方程式（Henderson–Hasselbalch equation），根據酸解離常數（以 pK_a 表示）以及共軛鹼 [A^-] 與弱酸 [HA] 的濃度，計算出緩衝液的 pH 值。它適用於任何「酸–共軛鹼」配對，例如醋酸／醋酸根、銨離子／氨，或磷酸鹽緩衝系統。
使用方法
只需輸入三個數值：弱酸的 pK_a、共軛鹼 [A^-] 的莫耳濃度，以及弱酸 [HA] 的莫耳濃度。計算器會回傳緩衝液的 pH 值、鹼與酸的比值，以及對應的 pOH（在 25 °C 下）。由於計算只取決於兩者的比值，濃度可使用任何一致的單位。
公式解析
方程式
實例計算
以一個醋酸鹽緩衝液為例，pK_a = 4.76、[A^-] = 0.30 mol/L、[HA] = 0.10 mol/L：比值為 3.0，\log_{10}(3.0) ≈ 0.477，因此
常见缓冲系统及其 pKa 值
最有效的缓冲作用发生在系统的 pK_a 值上下大约一个 pH 单位范围内，其中共轭碱基和弱酸以相当的浓度存在。下表列出了广泛使用的缓冲系统，包括它们在 25 °C 时的近似 pK_a 值及其实用缓冲范围（pK_a ± 1）。
| 缓冲系统 | 平衡 | pK_a（25 °C） | 实用缓冲范围 |
|---|---|---|---|
| 柠檬酸（第一） | H₃Cit ⇌ H₂Cit⁻ | 3.13 | 2.1 – 4.1 |
| 乙酸 / 乙酸盐 | CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ | 4.76 | 3.8 – 5.8 |
| 柠檬酸（第二） | H₂Cit⁻ ⇌ HCit²⁻ | 4.76 | 3.8 – 5.8 |
| 碳酸（第一） | H₂CO₃ ⇌ HCO₃⁻ | 6.35 | 5.4 – 7.4 |
| 柠檬酸（第三） | HCit²⁻ ⇌ Cit³⁻ | 6.40 | 5.4 – 7.4 |
| 磷酸盐（第二） | H₂PO₄⁻ ⇌ HPO₄²⁻ | 7.20 | 6.2 – 8.2 |
| Tris（Tris-HCl） | TrisH⁺ ⇌ Tris | 8.07 | 7.1 – 9.1 |
| 铵离子 / 氨 | NH₄⁺ ⇌ NH₃ | 9.25 | 8.3 – 10.3 |
| 碳酸（第二） | HCO₃⁻ ⇌ CO₃²⁻ | 10.33 | 9.3 – 11.3 |
作为一个计算验证示例，浓度相等的乙酸盐 [A^-] 和乙酸 [HA] 组成的乙酸盐缓冲液的 pH = 4.76 + \log_{10}(1) = 4.76，恰好在其 pK_a 处。注意 Tris 的 pK_a 对温度异常敏感，随温度升高而降低。
关键术语与变量
- pK_a
- 酸离解常数的负以 10 为底的对数，pK_a = -\log_{10} K_a。较低的 pK_a 表示酸性更强。当目标 pH 接近其 pK_a 时，缓冲液的效果最佳。
- K_a（酸离解常数）
- 离解反应 HA \rightleftharpoons H^+ + A^- 的平衡常数，定义为 K_a = (([H^+][A^-]) ÷ ([HA]))。较大的 K_a 表示酸性更强。
- 共轭碱基 [A^-]
- 弱酸失去质子后形成的物质的摩尔浓度。它是 Henderson-Hasselbalch 比值中的分子，用于中和加入的酸。
- 弱酸 [HA]
- 未离解（质子化）酸形式的摩尔浓度。它是比值中的分母，用于中和加入的碱。
- 缓冲容量
- 衡量缓冲液在 pH 变化较小的情况下能吸收多少强酸或强碱的能力。当 [A^-] ≈ [HA]（在 pK_a 处）且总缓冲浓度较高时，缓冲容量最大。
- pH
- 氢离子活度的衡量标准，pH = -\log_{10}[H^+]。较低的值表示酸性较强；在 25 °C 时，7 表示中性。
- pOH
- 氢氧根离子浓度的对数形式，pOH = -\log_{10}[OH^-]。在 25 °C 时，pH + pOH = 14。
- 碱酸比 ≤ft((([A^-]) ÷ ([HA]))\right)
- 共轭碱基与弱酸的比例。比值为 1 时给出 pH = pK_a；比值在 0.1 到 10 之间（对应于 ± 1 的 pH 偏移）定义了实用缓冲范围。
使用注意事項與精準校對原則（6 大核心守則）
📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位
輸入各項數值時請務必確認量綱（例如小時、天數、金額、百分比），避免單位不匹配引發推算偏差。
🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障
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🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明
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