Průvodce vytvořením jednoduchého fosfátového pufru

V chemii a pufrřešení slouží k udržení stabilního pH, když je malé množství kyseliny nebo báze zavedeno do roztoku. Fosfátový pufrový roztok je zvláště užitečný pro biologické aplikace, které jsou obzvláště citlivé na změny pH, protože je možné připravit roztok poblíž kterékoli ze tří úrovní pH.

Tři hodnoty pKa pro kyselinu fosforečnou (z Příručka chemie a fyziky CRC) jsou 2,16, 7,21 a 12,32. Fosforečnan sodný a jeho konjugovaná báze, fosforečnan disodný, se obvykle používají pro generování pufrů s hodnotami pH kolem 7 pro biologické aplikace, jak je zde ukázáno.

• Poznámka: Nezapomeňte, že pKa nelze snadno měřit na přesnou hodnotu. Mírně odlišné hodnoty mohou být v literatuře dostupné z různých zdrojů.

Vytvoření této vyrovnávací paměti je trochu složitější než vytváření vyrovnávacích pamětí TAE a TBE, ale tento proces není obtížný a měl by trvat pouze asi 10 minut.

K výrobě fosfátového pufru budete potřebovat následující materiály:

• Fosforečnan sodný
• Fosforečnan disodný.
• Kyselina fosforečná nebo hydroxid sodný (NaOH)
instagram viewer
• pH metr a sonda
• Odměrná baňka
• Odměrné válce
• Kádinky
• Míchejte tyče
• Míchání varné desky

Před vytvořením pufru byste měli nejprve vědět, jakou molaritu chcete, jaký objem se má a jaké je požadované pH. Většina pufrů pracuje nejlépe při koncentracích mezi 0,1 M a 10 M. Hodnota pH by měla být v rozmezí 1 jednotky pH základní báze kyseliny / konjugátu pKa. Pro zjednodušení tento výpočet vzorku vytvoří 1 litr pufru.

Pomocí Hendersonovy-Hasselbalchovy (HH) rovnice (níže) určete, jaký poměr kyseliny k bázi je nutný pro vytvoření pufru s požadovaným pH. Použijte hodnotu pKa nejblíže požadovanému pH; poměr označuje pár konjugátu kyselina-báze, který odpovídá tomuto pKa.

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

Pro pufr o pH 6,9 [báze] / [kyselina] = 0,4889

Náhradník za [Acid] a Solve for [Base]

Požadovaná molarita pufru je součet [Acid] + [Base].

Pro 1M pufr je [Base] + [Acid] = 1 and [Base] = 1 - [Acid]

Nahrazením do poměrové rovnice získáte od kroku 2:

[Kyselina] = 0,6712 mol / l

Vyřešit pro [Acid]

Pomocí rovnice: [Base] = 1 - [Acid] můžete vypočítat, že:

[Báze] = 0,3288 mol / l

Poté, co jste použili Henderson-Hasselbalch Rovnice pro výpočet poměru kyseliny k bázi potřebné pro váš pufr, připravte těsně pod 1 litr roztoku pomocí správného množství fosforečnanu sodného a fosforečnanu sodného.

Použijte sondu pH k potvrzení, že bylo dosaženo správného pH pro pufr. Podle potřeby mírně upravte pomocí kyseliny fosforečné nebo hydroxidu sodného (NaOH).

Jakmile je dosaženo požadovaného pH, upravte objem pufru na 1 litr. Poté pufr podle potřeby zřeďte. Stejný pufr může být zředěn, aby se vytvořily pufry 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M nebo cokoli mezi tím.

Zde jsou dva příklady toho, jak lze vypočítat fosfátový pufr, jak popisuje Clive Dennison, Katedra biochemie na University of Natal, Jihoafrická republika.

Požadavek je pro 0,1 M Na-fosfátový pufr, pH 7,6.

V Hendersonově-Hasselbalchově rovnici, pH = pKa + log ([sůl] / [kyselina]), je sůl Na2HP04 a kyselinou je NaHzP04. Pufr je nejúčinnější v jeho pKa, což je bod, kde [sůl] = [kyselina]. Z rovnice je zřejmé, že pokud [sůl]> [kyselina] bude pH vyšší než pKa, a pokud [sůl]

NaH2P04 + NaOH - + Na2HP04 + H20.

Jakmile byl roztok titrován na správné pH, může být naředěn (alespoň na malém) rozsah, takže odchylka od ideálního chování je malá) k objemu, který poskytne požadované molarita. HH rovnice říká, že poměr soli k kyselině, spíše než jejich absolutní koncentrace, určuje pH. Všimněte si, že:

• V této reakci je jediným vedlejším produktem voda.
• Molarita pufru je určena hmotností kyseliny, NaH2P04, která je zvážena, a konečným objemem, do kterého je roztok připraven. (Pro tento příklad by bylo zapotřebí 15,60 g dihydrátu na litr konečného roztoku.)
• Koncentrace NaOH není znepokojivá, takže lze použít libovolnou koncentraci. Mělo by být samozřejmě dostatečně koncentrováno, aby se dosáhlo požadované změny pH dostupného objemu.
• Reakce znamená, že je vyžadován pouze jednoduchý výpočet molárnosti a jediné vážení: pouze jeden roztok musí být připraven a veškerý zvážený materiál je použit v pufru - to znamená, že neexistuje odpad.

Všimněte si, že není správné zvážit „sůl“ (Na2HPO4) v prvním případě, protože to vede k nežádoucímu vedlejšímu produktu. Pokud se připraví roztok soli, jeho pH bude nad pKa a ke snížení pH bude vyžadovat titraci kyselinou. Pokud se použije HC1, reakce bude:

Na2HP04 + HC1 - + NaH2P04 + NaCl,

čímž se získá NaCl, neurčitá koncentrace, která není v pufru požadována. Někdy - například při eluci gradientem iontové výměny iontové síly - je nutné mít na pufru superponován gradient [NaCl]. Pro dvě komory generátoru gradientu jsou pak vyžadovány dva pufry: počáteční pufr (tj. Vyrovnávací pufr, bez přidaného NaCl, nebo s počáteční koncentrace NaCl) a dokončovací pufr, který je stejný jako výchozí pufr, ale který navíc obsahuje konečnou koncentraci NaCl. Při přípravě dokončovacího pufru je třeba vzít v úvahu běžné iontové účinky (díky sodíkovému iontu).

Příklad, jak je uvedeno v časopise Biochemical Education16(4), 1988.

Požadavkem je dokončovací pufr s gradientem iontové síly, 0,1 M Na-fosfátový pufr, pH 7,6, obsahující 1,0 M NaCl.

V tomto případě se NaCl zváží a doplní společně s NaHEP04; při titraci se berou v úvahu běžné iontové účinky, a tak se vyhneme složitým výpočtům. Na 1 litr pufru se NaH2P04.2H20 (15,60 g) a NaCl (58,44 g) rozpustí v přibližně 950 ml destilované vody, titruje se na pH 7,6 poměrně koncentrovaným roztokem NaOH (ale libovolné koncentrace) a doplní se na 1 litr.

Příklad, jak je uvedeno v časopise Biochemical Education16(4), 1988.