Ghid pentru crearea unui tampon fosfat simplu

În chimie, a tamponsoluţie servește la menținerea unui pH stabil când o cantitate mică de acid sau bază este introdusă într-o soluție. O soluție tampon fosfat este utilă în special pentru aplicațiile biologice, care sunt deosebit de sensibile la modificările de pH, deoarece este posibil să se pregătească o soluție aproape de oricare dintre cele trei niveluri de pH.

Cele trei valori pKa pentru acid fosforic (din Manual CRC de Chimie și Fizică) sunt 2,16, 7,21 și 12,32. Fosfatul monosodic și baza conjugată a acestuia, fosfatul disodic, sunt de obicei utilizate pentru a genera tampoane cu valori de pH în jurul valorii de 7, pentru aplicații biologice, așa cum se arată aici.

• Notă: Nu uitați că pKa nu este ușor măsurat la o valoare exactă. Valorile puțin diferite pot fi disponibile în literatura de specialitate din surse diferite.

Realizarea acestui tampon este puțin mai complicată decât crearea de tampoane TAE și TBE, dar procesul nu este dificil și ar trebui să dureze doar aproximativ 10 minute.

Pentru a face tampon fosfat, veți avea nevoie de următoarele materiale:

• Fosfat monosodic
• Fosfat disodic.
• Acid fosforic sau hidroxid de sodiu (NaOH)
• pH-metru și sondă
• Recipient volumetric
• Cilindri gradat
• pahare de laborator
• Se agită barele
• Agitând placa fierbinte

Înainte de a face un tampon, ar trebui să știți mai întâi ce molaritate doriți să fie, ce volum să facă și care este pH-ul dorit. Majoritatea tampoanelor funcționează cel mai bine la concentrații cuprinse între 0,1 M și 10 M. PH-ul trebuie să se încadreze într-o unitate de pH a bazei acid / bază conjugat pKa. Pentru simplitate, acest calcul al eșantionului creează 1 litru de tampon.

Utilizați ecuația Henderson-Hasselbalch (HH) (de mai jos) pentru a determina ce raport între acid și bază este necesar pentru a face un tampon de pH dorit. Folosiți valoarea pKa cea mai apropiată de valoarea dorită; raportul se referă la perechea conjugat acid-bază care corespunde acelei pKa.

Ecuația HH: pH = pKa + log ([Baza] / [Acid])

Pentru un tampon de pH 6,9, [Baza] / [Acid] = 0,4898

Înlocuitor pentru [Acid] și Rezolvare pentru [Baza]

Molaritatea dorită a tamponului este suma [Acid] + [Baza].

Pentru un tampon de 1 M, [Baza] + [Acid] = 1 și [Baza] = 1 - [Acid]

Substituind acest lucru în ecuația de raport, de la pasul 2, obțineți:

[Acid] = 0,6712 moli / L

Rezolvați pentru [Acid]

Folosind ecuația: [Baza] = 1 - [Acid], puteți calcula că:

[Baza] = 0,3288 moli / L

După ce ați folosit Henderson-Hasselbalch ecuație pentru a calcula raportul dintre acid și bază necesar pentru tamponul dvs., pregătiți puțin sub 1 litru de soluție folosind cantitățile corecte de fosfat monosodic și fosfat de disodiu.

Folosiți o sondă de pH pentru a confirma dacă a fost atins pH-ul corect pentru tampon. Ajustați ușor după cum este necesar, folosind acid fosforic sau hidroxid de sodiu (NaOH).

Odată ce pH-ul dorit este atins, aduceți volumul de tampon la 1 litru. Apoi diluați tamponul după cum doriți. Același tampon poate fi diluat pentru a crea tampoane de 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M sau orice între ele.

Iată două exemple despre cum poate fi calculat un tampon fosfat, așa cum este descris de Clive Dennison, Departamentul de Biochimie al Universității din Natal, Africa de Sud.

Cerința este pentru un tampon de fosfat de Na 0,1 M, pH 7,6.

În ecuația Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([sare] / [acid]), sarea este Na2HPO4, iar acidul este NaHzPO4. Un tampon este cel mai eficient la pKa, care este punctul în care [sare] = [acid]. Din ecuație reiese clar că, dacă [sare]> [acid], pH-ul va fi mai mare decât pKa, iar dacă [sare]

NaH2PO4 + NaOH - + Na2HPO4 + H20.

După ce soluția a fost titrată la pH-ul corect, aceasta poate fi diluată (cel puțin peste un mic) interval, astfel încât abaterea de la comportamentul ideal este mică) la volumul care va da dorința molaritate. Ecuația HH afirmă că raportul dintre sare și acid, mai degrabă decât concentrațiile absolute ale acestora, determină pH-ul. Rețineți că:

• În această reacție, singurul produs secundar este apa.
• Molaritatea tamponului este determinată de masa acidului, NaH2PO4, care este cântărit, și de volumul final la care este formată soluția. (Pentru acest exemplu, ar trebui să fie necesare 15,60 g dihidrat per litru de soluție finală.)
• Concentrația NaOH nu are nicio îngrijorare, astfel încât orice concentrație arbitrară poate fi utilizată. Desigur, ar trebui să fie suficient de concentrat pentru a efectua modificarea de pH necesară în volumul disponibil.
• Reacția presupune că este necesar doar un calcul simplu al molarității și o singură cântărire: doar una soluția trebuie să fie alcătuită și tot materialul cântărit este utilizat în tampon - adică nu există deşeuri.

Rețineți că nu este corect să cântăriți „sarea” (Na2HPO4) în primă instanță, deoarece acest lucru oferă un produs secundar nedorit. Dacă se formează o soluție de sare, pH-ul său va fi peste pKa și va necesita titrare cu un acid pentru a scădea pH-ul. Dacă se utilizează HC1, reacția va fi:

Na2HPO4 + HC1 - + NaH2PO4 + NaC1,

obținând NaC1, cu o concentrație nedeterminată, care nu este dorită în tampon. Uneori - de exemplu, într-o eluție a gradientului de rezistență ionică de schimb ionic - este necesar să avem un gradient de, să zicem, [NaC1] suprapus pe tampon. Pentru cele două camere ale generatorului de gradient sunt necesare două tampoane: tamponul de pornire (adică tamponul de echilibrare, fără NaC1 adăugat, sau cu concentrația de pornire a NaC1) și tamponul de finisare, care este același cu tamponul de pornire, dar care conține în plus concentrația de finisare a NaC1. La alcătuirea tamponului de finisare, trebuie luate în considerare efectele ionice comune (datorate ionului de sodiu).

Exemplu menționat în revista Biochemical Education16(4), 1988.

Cerința este pentru un tampon de finisare cu gradient de rezistență ionică, tampon de fosfat de Na 0,1 M, pH 7,6, care conține NaCl 1,0 M.

În acest caz, NaC1 este cântărit și compus împreună cu NaHEPO4; Efectele ionice comune sunt contabilizate în titrare și astfel se evită calcule complexe. Pentru 1 litru de tampon, NaH2PO4.2H20 (15,60 g) și NaC1 (58,44 g) se dizolvă în aproximativ 950 ml de H20 distilat, titrat la pH 7,6 cu o soluție de NaOH destul de concentrată (dar cu concentrație arbitrară) și format până la 1 litru.

Exemplu menționat în revista Biochemical Education16(4), 1988.