Henderson-Hasselbalch 方程（Lawrence Joseph Henderson, 1908; Karl Albert Hasselbalch, 1917）是酸鹼化學在生化與臨床醫學中最常用的定量工具。然而，其推導基於數個理想化假設，理解這些假設的限制對正確應用至關重要。
從熱力學嚴格推導
弱酸 HA 的解離平衡的熱力學表達：Ka = {H⁺}{A⁻}/{HA}，其中 {} 代表活度（activity），不是濃度。活度 a = γ·c/c°（γ 為活度係數，c° = 1 M 標準態）。
在稀釋溶液（離子強度 I < 0.01 M）中 γ → 1，活度近似等於濃度，HH 方程有效。但生理液離子強度約 0.15 M，γ 顯著偏離 1——例如 pH meter 測量的是 -log{H⁺}（活度），而非 -log[H⁺]（濃度）。在嚴格計算中需使用 Debye-Hückel 方程或 Davies 方程校正 γ：-log γ± = A·z²·(√I / (1 + B·a·√I))。
多質子系統的 HH 分析
對於 n 個可解離基團的分子（如蛋白質），各基團的微觀 pKa（microscopic pKa）和宏觀 pKa（macroscopic pKa）可能不同。以組胺酸側鏈（imidazole，pKa ~6.0）為例，其 pKa 受周圍殘基的靜電環境影響——在蛋白質活性位點中，同一類型殘基的 pKa 可偏移 2-4 個 pH 單位。例如 lysozyme 的 Glu35 pKa ≈ 6.2（正常 Glu pKa ~4.1），因為它位於疏水環境中，質子化形式的穩定能較高。
蛋白質的 pI 計算需要知道所有可滴定基團的 pKa，然後求解淨電荷為零的 pH。這在蛋白質純化（等電聚焦 IEF）、蛋白質溶解度預測和藥物設計中很實用。
藥物解離與藥物動力學
HH 方程預測藥物在不同 pH 環境中的解離狀態，直接影響其吸收（pH partition hypothesis）：只有未解離（non-ionized）的藥物形式能有效穿過生物膜。
- 弱酸藥物（如 aspirin，pKa 3.5）在胃（pH ~2）中：[A⁻]/[HA] = 10^(2-3.5) = 10^(-1.5) ≈ 0.03，即 97% 以 HA 形式存在 → 容易吸收。在小腸（pH ~6）：[A⁻]/[HA] = 10^(6-3.5) = 316，即 >99% 解離 → 吸收降低（但小腸表面積大所以仍是主要吸收部位）。
- 弱鹼藥物（如 morphine，pKa 8.0）：pH = pKa + log([B]/[BH⁺])。在胃中幾乎完全質子化（BH⁺），在小腸中部分去質子化。
離子捕獲（Ion Trapping）
當膜兩側 pH 不同時，藥物的未解離形式穿過膜後在另一側重新解離，導致藥物「捕獲」在解離度較高的一側。臨床應用：弱酸性藥物過量中毒時，鹼化尿液（給 NaHCO₃ 將尿液 pH 升至 7.5-8.5）增加藥物解離，促進腎排泄（如 salicylate、phenobarbital 中毒的治療）。
碳酸氫鹽系統的 HH 方程：臨床精確應用
pH = 6.1 + log([HCO₃⁻] / (0.03 × pCO₂))
ABG 解讀系統方法：(1) 看 pH 判斷酸血症（<7.35）或鹼血症（>7.45）；(2) 看 pCO₂ 和 [HCO₃⁻] 確定原發性原因；(3) 用代償規則判斷是否有混合性失衡；(4) 如果是代謝性酸中毒，計算 AG 並進一步計算 delta-delta（ΔAG/ΔHCO₃⁻）以排除合併的 NAGMA 或代謝性鹼中毒。
注意 HH 方程計算的 [HCO₃⁻] 與 ABG 機器報告的「calculated bicarbonate」相同，但與靜脈血化學（chemistry panel）測量的「total CO₂」不完全相同——後者包含 dissolved CO₂（~1.2 mM），通常比 [HCO₃⁻] 高 1-2 mEq/L。
HH 方程的局限性
- 假設活度等於濃度（忽略離子強度效應）
- 假設溫度恆定（pKa 隨溫度變化，尤其是 imidazole 的 ΔpKa/ΔT ≈ -0.025/°C）
- 忽略離子對形成（如 Mg²⁺-ATP 複合物改變 ATP 的表觀 pKa）
- 不適用於極端 pH 或高濃度溶液