Sprievodca výrobou jednoduchého fosfátového pufra

V chémii a nárazníkRiešenie Slúži na udržanie stabilného pH, keď sa malé množstvo kyseliny alebo zásady zavedie do roztoku. Fosfátový tlmivý roztok je zvlášť užitočný pre biologické aplikácie, ktoré sú obzvlášť citlivé na zmeny pH, pretože je možné pripraviť roztok blízko ktorejkoľvek z troch úrovní pH.

Tri hodnoty pKa pre kyselinu fosforečnú (z CRC Príručka chémie a fyziky) sú 2,16, 7,21 a 12,32. Fosforečnan sodný a jeho konjugovaná báza, fosforečnan disodný, sa zvyčajne používajú na generovanie tlmivých roztokov s hodnotami pH okolo 7 pre biologické aplikácie, ako je to znázornené tu.

• Poznámka: Pamätajte, že pKa sa nedá ľahko merať na presnú hodnotu. Mierne odlišné hodnoty môžu byť v literatúre dostupné z rôznych zdrojov.

Vytvorenie tohto pufra je trochu komplikovanejšie ako vytváranie pufrov TAE a TBE, ale tento proces nie je náročný a mal by trvať iba asi 10 minút.

Na výrobu fosfátového pufra budete potrebovať nasledujúce materiály:

• Fosforečnan sodný
• Fosforečnan disodný.
• Kyselina fosforečná alebo hydroxid sodný (NaOH)
instagram viewer
• pH meter a sonda
• Odmerná banka
• Odmerné valce
• kadičky
• Miešajte tyče
• Miešanie varnej platne

Pred vytvorením tlmivého roztoku by ste mali najprv vedieť, aká je to molárnosť, aký objem má byť a aké je požadované pH. Väčšina tlmivých roztokov pracuje najlepšie pri koncentráciách medzi 0,1 M a 10 M. PH by malo byť v rozmedzí 1 jednotky pH bázy kyseliny / konjugátu pKa. Pre zjednodušenie tento výpočet vzorky vytvorí 1 liter pufra.

Použite Henderson-Hasselbalchovu (HH) rovnicu (nižšie), aby ste určili, aký pomer kyseliny k báze je potrebný na vytvorenie pufra s požadovaným pH. Použite hodnotu pKa najbližšie k požadovanému pH; pomer sa vzťahuje na pár konjugátu kyselina-báza, ktorý zodpovedá pKa.

HH rovnica: pH = pKa + log ([Base] / [Acid])

Pre pufor s pH 6,9 [báza] / [kyselina] = 0,499

Náhradník za [Acid] a Solve for [Base]

Požadovaná molarita tlmivého roztoku je súčet [Kyselina] + [Báza].

Pre 1 M pufer [báza] + [kyselina] = 1 a [Základňa] = 1 - [Kyselina]

Nahradením tejto hodnoty do pomerovej rovnice získate z kroku 2:

[Kyselina] = 0,6712 mol / l

Vyriešiť pre [Acid]

Pomocou rovnice: [Base] = 1 - [Acid] môžete vypočítať, že:

[Báza] = 0,3228 mol / l

Potom, čo ste použili Henderson-Hasselbalch Rovnica na výpočet pomeru kyseliny k báze potrebného pre váš tlmivý roztok, pripravte tesne pod 1 liter roztoku s použitím správneho množstva fosforečnanu sodného a fosforečnanu sodného.

Použite sondu pH na potvrdenie, že je dosiahnuté správne pH pre pufer. Podľa potreby mierne upravte pomocou kyseliny fosforečnej alebo hydroxidu sodného (NaOH).

Keď sa dosiahne požadované pH, doplňte objem tlmivého roztoku na 1 liter. Potom podľa potreby zrieďte pufer. Rovnaký pufor sa môže zriediť, aby sa vytvorili pufre 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M alebo čokoľvek medzi tým.

Tu sú dva príklady toho, ako sa dá vypočítať fosfátový pufor, ako je opísané v Clive Dennisonovi, Oddelenie biochémie na University of Natal, Južná Afrika.

Požiadavka je na 0,1 M Na-fosfátový pufor, pH 7,6.

V Henderson-Hasselbalchovej rovnici je pH = pKa + log ([soľ] / [kyselina]), soľou je Na2HP04 a kyselinou je NaHzP04. Pufr je najúčinnejší pri svojom pKa, čo je bod, kde [soľ] = [kyselina]. Z rovnice je zrejmé, že ak [soľ]> [kyselina], bude pH väčšie ako pKa, a ak [soľ]

NaH2P04 + NaOH - + Na2HP04 + H20.

Akonáhle bol roztok titrovaný na správne pH, môže byť zriedený (aspoň na malé množstvo) rozsah, takže odchýlka od ideálneho správania je malá) k objemu, ktorý poskytne požadované molarita. HH rovnica uvádza, že hodnota pH určuje skôr pomer soli k kyseline než ich absolútna koncentrácia. Poznač si to:

• V tejto reakcii je jediným vedľajším produktom voda.
• Molárnosť tlmivého roztoku je určená hmotnosťou kyseliny, NaH2P04, ktorá je odvážená a konečným objemom, do ktorého je roztok pripravený. (Pre tento príklad by bolo potrebných 15,60 g dihydrátu na liter konečného roztoku.)
• Koncentrácia NaOH nie je znepokojujúca, takže sa môže použiť ľubovoľná koncentrácia. Malo by byť, samozrejme, dostatočne koncentrované, aby vyvolalo požadovanú zmenu pH dostupného objemu.
• Reakcia znamená, že je potrebný iba jednoduchý výpočet molárnosti a jediné váženie: iba jeden musí sa pripraviť roztok a všetok odvážený materiál sa použije v tlmivom roztoku - to znamená, že neexistuje mrhať.

Upozorňujeme, že v prvom prípade nie je správne odvážiť „soľ“ (Na2HP04), pretože to vedie k nežiadúcemu vedľajšiemu produktu. Ak sa pripraví roztok soli, jeho pH bude nad pKa a na zníženie pH bude vyžadovať titráciu kyselinou. Ak sa použije HC1, reakcia bude:

Na2HP04 + HC1 - + NaH2P04 + NaCI,

poskytujúc NaCl, neurčitú koncentráciu, ktorá nie je požadovaná v pufri. Niekedy - napríklad pri elúcii gradientom iónovej výmeny iónovej výmeny - sa vyžaduje, aby bol na pufer nanesený gradient [NaCl]. Potom sú potrebné dve tlmivé roztoky pre dve komory generátora gradientu: počiatočný tlmivý roztok (to znamená vyrovnávací tlmivý roztok, bez pridaného NaCl alebo s počiatočná koncentrácia NaCl) a dokončovací pufor, ktorý je rovnaký ako počiatočný pufor, ale ktorý navyše obsahuje konečnú koncentráciu NaCl. Pri príprave dokončovacieho tlmivého roztoku sa musia brať do úvahy bežné účinky iónov (vďaka sodíkovému iónu).

Príklad uvedený v časopise Biochemical Education16(4), 1988.

Požiadavka je na konečný tlmivý roztok s gradientom iónovej sily, 0,1 M Na-fosfátový pufor, pH 7,6, obsahujúci 1,0 M NaCl..

V tomto prípade sa NaCl odváži a doplní sa spolu s NaHEP04; pri titrácii sa berú do úvahy bežné iónové účinky, čím sa zabráni zložitým výpočtom. Na 1 liter tlmivého roztoku sa NaH2P04.2H20 (15,60 g) a NaCl (58,44 g) rozpustili v približne 950 ml destilovanej vody, titruje sa na pH 7,6 pomerne koncentrovaným roztokom NaOH (ale s ľubovoľnou koncentráciou) a doplní sa na 1 l.

Príklad uvedený v časopise Biochemical Education16(4), 1988.