Vodič za stvaranje jednostavnog fosfatnog pufera

U kemiji, puferska otopina služi za održavanje stabilnog pH kada se malu količinu kiseline ili baze uvodi u otopinu. Otopina fosfatnog pufera je osobito korisna za biološke primjene koje su posebno osjetljive na promjene pH jer je moguće pripremiti otopinu blizu bilo koje od tri razine pH.

Tri vrijednosti pKa za fosfornu kiselinu (iz CRC Handbook of Chemistry i Physics) su 2.16, 7.21 i 12.32. Mononatrijev fosfat i njegova konjugirana baza, dinatrijev fosfat, obično se koriste za stvaranje pufera pH vrijednosti oko 7, za biološke primjene, kao što je prikazano ovdje.

• Bilješka: Zapamtite da se pKa ne može lako mjeriti do točne vrijednosti. Malo različite vrijednosti mogu biti dostupne u literaturi iz različitih izvora.

Izrada ovog spremnika je nešto složenija od izrade TAE i TBE pufera, ali postupak nije težak i trebao bi trajati samo oko 10 minuta.

materijali

Da biste napravili svoj fosfatni spremnik trebat će vam sljedeće materijale:

• Mononatrijev fosfat
• Dinatrijev fosfat.
• Fosforna kiselina ili natrijev hidroksid (NaOH)
• pH metar i sonda
• Volumetrijska tikvica
• Diplomirani cilindri
• čaše
• Miješajte trake
• Zagrijavanje ploče za kuhanje

Korak 1. Odlučite o svojstvima spremnika

Prije nego što napravite tampon, najprije morate znati kakva je molarnost koju želite, količinu koju želite napraviti i kakav je željeni pH. Većina pufera radi najbolje pri koncentracijama između 0,1 M i 10 M. pH treba biti unutar 1 pH jedinice baze baze kiseline / konjugata pKa. Radi jednostavnosti ovaj izračun uzorka stvara 1 litru međuspremnika.

Korak 2. Odredite omjer kiseline u bazi

Upotrijebite Henderson-Hasselbalch (HH) jednadžbu (dolje) kako biste odredili koji omjer kiseline prema bazi treba da bi se napravio pufer željenog pH. Koristite pKa vrijednost koja je najbliža željenom pH; omjer se odnosi na par od konjugata kiselina-bazu koji odgovara onom pKa.

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

Za pufer pH 6,9, [Base] / [Acid] = 0,4898

Zamjena za [Acid] i Solve for [Base]

Željena molarnost pufera je zbroj [Acid] + [Base].

Za 1 M tampon, [Base] + [Acid] = 1 i [Baza] = 1 - [kiselina]

Zamjenjujući to u jednadžbu omjera, od koraka 2 dobivate:

[Acid] = 0.6712 mol / L

Riješite za [Acid]

Koristeći jednadžbu: [Base] = 1 - [Acid], možete izračunati da:

[Baza] = 0,3288 mol / L

Korak 3. Pomiješajte bazu kiseline i konjugata

Nakon što ste upotrijebili Henderson-Hasselbalchovu jednadžbu za izračunavanje omjera kiselina prema bazi potrebnoj za tampon, pripremite samo ispod 1 litre otopine koristeći ispravne količine mononatrijevog fosfata i dinatrijevog fosfata.

Korak 4. Provjerite pH

Upotrijebite pH sonde kako biste potvrdili da je dostignut odgovarajući pH za pufer. Lagano prilagodite prema potrebi, koristeći fosfornu kiselinu ili natrijev hidroksid (NaOH).

Korak 5. Ispravite glasnoću

Nakon postizanja željenog pH, dovedite volumen pufera na 1 litru. Zatim razrijedite pufer po želji. Taj isti pufer se može razrijediti da bi se stvorili puferi od 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M, ili bilo što između.

Evo dva primjera kako se može izračunati fosfatni pufer, kako je opisano od strane Clive Dennison, Zavod za biokemiju na Sveučilištu Natal u Južnoj Africi.

Primjer No. 1

Zahtjev je za 0.1 M Na-fosfatni pufer, pH 7.6.

U Henderson-Hasselbalchovoj jednadžbi, pH = pKa + log ([sol] / [kiselina], sol je Na2HP04 i kiselina je NaHP04. Pufer je najučinkovitiji na svojoj pKa, što je točka u kojoj [sol] = [kiselina]. Iz jednadžbe jasno je da ako je [sol]> [kiselina], pH će biti veći od pKa, a ako je [sol] <acid, pH će biti manji od pKa. Stoga, ako bi trebali napraviti otopinu kiselog NaH2P04, njezin pH će biti manji od pKa i stoga će također biti manji od pH pri kojem će otopina funkcionirati kao pufer.

Da bi se napravio pufer iz ove otopine, bit će potrebno titrirati ga s bazom, do pH bliže pKa. NaOH je pogodna baza jer održava natrij kao kation:

NaH2P04 + NaOH - + Na2HP04 + H20.

Jednom kad se otopina titrira do točnog pH, može se razrijediti (barem u malom rasponu, tako da je odstupanje od idealnog ponašanja mala) do volumena koji će dati željenu molarnost. HH jednadžba navodi da omjer soli prema kiselini, umjesto njihovih apsolutnih koncentracija, određuje pH. Imajte na umu da:

• U ovoj reakciji jedini nusproizvod je voda.
• Molarnost pufera određena je masom kiseline, izlučenom NaH2P04, i konačnog volumena do kojeg je otopina sastavljena. (Za ovaj primjer treba biti 15,60 g dihidrata po litri konačne otopine.)
• Koncentracija NaOH nema nikakve zabrinutosti pa se može upotrijebiti bilo koja proizvoljna koncentracija. Naravno, trebalo bi biti dovoljno koncentrirano da bi se postigla potrebna promjena pH u raspoloživom volumenu.
• Reakcija podrazumijeva da se zahtijeva samo jednostavan proračun molarnosti i jednostruke vaganja: potrebno je samo jedno rješenje, a sav materijal koji se odmjerava koristi se u tamponu - to jest, nema otpada.

Imajte na umu da u praksi nije točno uzeti "sol" (Na2HP04), jer to daje neželjeni sporedni proizvod.Ako se otopina soli prerađuje, njezin pH će biti iznad pKa, te će zahtijevati titriranje s kiselinom kako bi se smanjio pH. Ako se koristi HC1, reakcija će biti:

Na2HP04 + HC1 - + NaH2P04 + NaCl,

dajući NaCl, neodređene koncentracije, koja nije tražena u puferu. Ponekad - na primjer, u eluiranju gradijentom ionske jakosti ionske izmjene - potrebno je imati gradijent, recimo, [NaCl] postavljen na pufer. Potrebno je dva pufera za dvije komore gradijentnog generatora: početni pufer (tj. Pufer za ekvilibriranje, bez dodanog NaCl ili s početnom koncentracijom NaCl) i pufer za završnu obradu, koji je isti kao početni ali koji dodatno sadrži završnu koncentraciju NaCl.

Pri sastavljanju pufera za završnu obradu potrebno je uzeti u obzir zajedničke efekte iona (zbog natrij iona).

Primjer kao što je navedeno u časopisu Biochemical Education 16(4), 1988.

Primjer br

Zahtjev je za pufer za doradu gradijenta ionske čvrstoće, 0,1 M Na-fosfatni pufer, pH 7,6, koji sadrži 1,0 M NaCl .

U ovom slučaju, NaC1 se odvaja i sastavlja zajedno s NaHEPO4; zajednički ionski učinci računaju se u titraciji, te se time izbjegavaju složeni izračuni. Za 1 litru pufera otopi se NaH2P04-2H20 (15,60 g) i NaCl (58,44 g) u oko 950 ml destiliranog H20, titrira do pH 7,6 s prilično koncentriranom otopinom NaOH (ali proizvoljnom koncentracijom) i doda se do 1 litra.

Primjer kao što je navedeno u časopisu Biochemical Education 16(4), 1988.