Przewodnik po tworzeniu prostego buforu fosforanowego

W chemii a buforrozwiązanie służy do utrzymania stabilnego pH, gdy niewielka ilość kwasu lub zasady zostanie wprowadzona do roztworu. Roztwór buforu fosforanowego jest szczególnie użyteczny w zastosowaniach biologicznych, które są szczególnie wrażliwe na zmiany pH, ponieważ możliwe jest przygotowanie roztworu w pobliżu dowolnego z trzech poziomów pH.

Trzy wartości pKa dla kwasu fosforowego (z CRC Handbook of Chemistry and Physics) to 2.16, 7.21 i 12.32. Fosforan monosodowy i jego sprzężona zasada, fosforan disodowy, są zwykle używane do generowania buforów o wartości pH około 7, do zastosowań biologicznych, jak pokazano tutaj.

• Uwaga: Pamiętaj, że pKa nie jest łatwo zmierzyć do dokładnej wartości. Nieco inne wartości mogą być dostępne w literaturze z różnych źródeł.

Tworzenie tego bufora jest nieco bardziej skomplikowane niż tworzenie buforów TAE i TBE, ale proces nie jest trudny i powinien zająć tylko około 10 minut.

Aby zrobić bufor fosforanowy, potrzebujesz następujących materiałów:

• Fosforan monosodowy
• Fosforan disodowy
• Kwas fosforowy lub wodorotlenek sodu (NaOH)
• Pehametr i sonda
• Kolba miarowa
• Cylindry miarowe
• Zlewki
• Mieszadła
• Mieszająca płyta grzejna

Przed zrobieniem bufora powinieneś najpierw wiedzieć, jaka ma być molarność, jaka objętość ma być wytwarzana i jakie jest pożądane pH. Większość buforów działa najlepiej przy stężeniach od 0,1 M do 10 M. PH powinno mieścić się w zakresie 1 jednostki pH zasady kwas / koniugat pKa. Dla uproszczenia to obliczenie próbki tworzy 1 litr buforu.

Użyj równania Hendersona-Hasselbalcha (HH) (poniżej), aby ustalić, jaki stosunek kwasu do zasady jest wymagany do wytworzenia buforu o pożądanym pH. Użyj wartości pKa najbliższej żądanemu pH; stosunek odnosi się do pary koniugatów kwas-zasada, która odpowiada tej pKa.

Równanie HH: pH = pKa + log ([zasada] / [kwas])

Dla bufora o pH 6,9 [Baza] / [Kwas] = 0,4898

Zastąp [Kwas] i Rozwiąż [Baza]

Pożądana molarność bufora jest sumą [Kwasu] + [Zasady].

Dla bufora 1 M [Baza] + [Kwas] = 1 i [Baza] = 1 - [Kwas]

Po podstawieniu tego do równania stosunku, od kroku 2 otrzymujesz:

[Kwas] = 0,6712 moli / l

Rozwiąż dla [kwasu]

Korzystając z równania: [Baza] = 1 - [Kwas], możesz obliczyć, że:

[Podstawa] = 0,3288 mola / L

Po użyciu Henderson-Hasselbalch równanie do obliczenia stosunku kwasu do zasady wymaganego dla bufora, przygotuj nieco mniej niż 1 litr roztworu, używając prawidłowych ilości fosforanu monosodowego i fosforanu disodowego.

Użyj sondy pH, aby potwierdzić osiągnięcie prawidłowego pH buforu. W razie potrzeby dostosować nieznacznie za pomocą kwasu fosforowego lub wodorotlenku sodu (NaOH).

Po osiągnięciu pożądanego pH doprowadzić objętość buforu do 1 litra. Następnie rozcieńczyć bufor zgodnie z potrzebami. Ten sam bufor można rozcieńczyć, aby utworzyć bufory 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M lub cokolwiek pomiędzy.

Oto dwa przykłady tego, jak można obliczyć bufor fosforanowy, jak opisał Clive Dennison, Wydział Biochemii na University of Natal, Republika Południowej Afryki.

Wymagany jest 0,1 M bufor fosforanowy Na, pH 7,6.

W równaniu Hendersona-Hasselbalcha pH = pKa + log ([sól] / [kwas]), solą jest Na2HPO4, a kwasem jest NaHzPO4. Bufor jest najbardziej skuteczny w swoim pKa, czyli punkcie, w którym [sól] = [kwas]. Z równania jasno wynika, że ​​jeśli [sól]> [kwas], pH będzie wyższe niż pKa, a jeśli [sól]

NaH2PO4 + NaOH - + Na2HPO4 + H20.

Po zmiareczkowaniu roztworu do prawidłowego pH można go rozcieńczyć (przynajmniej w niewielkiej ilości) zakres, tak że odchylenie od idealnego zachowania jest niewielkie) do objętości, która da pożądany molarność. Równanie HH stwierdza, że ​​stosunek soli do kwasu, a nie ich bezwzględne stężenie, determinuje pH. Uwaga:

• W tej reakcji jedynym produktem ubocznym jest woda.
• Molarność bufora zależy od odważonej masy kwasu NaH2PO4 oraz od końcowej objętości, z której sporządzony jest roztwór. (W tym przykładzie wymagane byłoby 15,60 g dwuwodnego na litr roztworu końcowego).
• Stężenie NaOH nie ma znaczenia, więc można zastosować dowolne dowolne stężenie. Powinno to oczywiście być wystarczająco skoncentrowane, aby spowodować wymaganą zmianę pH dostępnej objętości.
• Reakcja oznacza, że ​​wymagane jest tylko proste obliczenie molarności i jedno ważenie: tylko jedno rozwiązanie musi zostać opracowane, a cały zważony materiał zostanie wykorzystany w buforze - to znaczy nie ma marnotrawstwo.

Należy zauważyć, że w pierwszej kolejności niewłaściwe jest odważenie „soli” (Na2HPO4), ponieważ daje to niepożądany produkt uboczny. Jeśli sporządzony jest roztwór soli, jego pH będzie wyższe niż pKa i będzie wymagało miareczkowania kwasem w celu obniżenia pH. Jeśli zostanie użyty HC1, reakcja będzie następująca:

Na2HPO4 + HC1 - + NaH2PO4 + NaC1,

uzyskując NaCl o nieokreślonym stężeniu, które nie jest pożądane w buforze. Czasami - na przykład podczas elucji gradientowej siłą jonową metodą wymiany jonowej - wymagane jest nałożenie gradientu, powiedzmy, [NaC1] na bufor. Wymagane są dwa bufory dla dwóch komór generatora gradientu: bufor początkowy (to znaczy bufor równoważący, bez dodanego NaCl lub z początkowe stężenie NaCl) i bufor końcowy, który jest taki sam jak bufor początkowy, ale który dodatkowo zawiera końcowe stężenie NaCl. Tworząc bufor wykończeniowy, należy wziąć pod uwagę wpływ jonów wspólnych (z powodu jonów sodu).

Przykład jak odnotowano w czasopiśmie Biochemical Education16(4), 1988.

Wymagany jest bufor wykończeniowy z gradientem siły jonowej, 0,1 M bufor Na-fosforanowy, pH 7,6, zawierający 1,0 M NaCl.

W tym przypadku NaC1 jest ważony i uzupełniany razem z NaHEPO4; wspólne miano uwzględnia się w miareczkowaniu, dzięki czemu unika się złożonych obliczeń. Na 1 litr buforu NaH2PO4.2H20 (15,60 g) i NaCl (58,44 g) rozpuszcza się w około 950 ml destylowanej H2O, miareczkowany do pH 7,6 dość stężonym roztworem NaOH (ale o dowolnym stężeniu) i uzupełniony do 1 litr.

Przykład jak odnotowano w czasopiśmie Biochemical Education16(4), 1988.