Ghid pentru realizarea unui tampon de fosfat simplu

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

Cele trei valori pKa pentru acidul fosforic (din Manualul de Chimie și Fizică al CRC) sunt 2,16, 7,21 și 12,32. Fosfatul monosodic și baza conjugată a acestuia, fosfat disodic, sunt de obicei utilizate pentru a genera tampoane de valori ale pH-ului în jur de 7, pentru aplicații biologice, așa cum se arată aici.

• Notă: Amintiți-vă că pKa nu este ușor de măsurat la o valoare exactă. Pot exista valori ușor diferite în literatura de specialitate din diferite surse.

Efectuarea acestui tampon este un pic mai complicat decât crearea de tampoane TAE și TBE, dar procesul nu este dificil și ar trebui să dureze doar aproximativ 10 minute.

materiale

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

• Fosfat monosodic
• Fosfat disodic.
• Acid fosforic sau hidroxid de sodiu (NaOH)
• pH metru și sonda
• Recipient volumetric
• Butelii cilindrice
• pahare de laborator
• Se amestecă barele
• Se amestecă fierbătorul

Pasul 1. Decideți asupra proprietăților tampon

Înainte de a face un tampon, trebuie să știți mai întâi ce molaritate doriți să fie, ce volum să faceți 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 fie în limita a 1 unitate pH a pKa bazei acid / conjugate. Pentru simplitate, acest calcul de probă creează un litru de tampon.

Pasul 2. Determinați raportul acidului la bază

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

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

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

Înlocuiți [Acid] și rezolvați pentru [Base]

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

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

Prin înlocuirea acestei în ecuația raportului, de la pasul 2, obțineți:

[Acid] = 0,6712 moli / L

Rezolvați pentru [Acid]

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

[Bază] = 0,3288 moli / L

Pasul 3. Se amestecă baza acidului și a conjugatului

După ce ați folosit ecuația Henderson-Hasselbalch pentru a calcula raportul dintre acid și bază necesar pentru soluția tampon, pregătiți puțin sub 1 litru de soluție folosind cantitățile corecte de fosfat monosodic și fosfat disodic.

Pasul 4. Verificați pH-ul

Utilizați o probă de pH pentru a confirma că pH-ul corect pentru tampon este atins. Reglați ușor, după cum este necesar, folosind acid fosforic sau hidroxid de sodiu (NaOH).

Pasul 5. Corectați volumul

După atingerea pH-ului dorit, 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 ceva între ele.

Iată două exemple privind modul în care poate fi calculat un tampon fosfat, așa cum a fost descris de Clive Dennison, Departamentul de Biochimie de la Universitatea din Natal, Africa de Sud.

Exemplul nr. 1

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

În ecuația Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([sare] / [acid]), sarea este Na2HP04 și acidul este NaH2PO4. Un tampon este cel mai eficient la pKa, care este punctul în care [sare] = [acid]. Din ecuația este clar că dacă [sarea]> [acid], pH-ul va fi mai mare decât pKa, iar dacă [sare] <acidul, pH-ul va fi mai mic decât pKa. Prin urmare, dacă am fi realizat o soluție de NaH2PO4 acid, pH-ul său va fi mai mic decât pKa și, prin urmare, va fi și mai mic decât pH-ul la care soluția va funcționa ca un tampon.

Pentru a face un tampon din această soluție, va fi necesar să se titreze cu o bază, până la un pH mai apropiat de pKa. NaOH este o bază adecvată deoarece menține sodiul ca cation:

NaH2PO4 + NaOH - + Na2HPO4 + H20.

Odată ce soluția a fost titrată la pH corect, poate fi diluată (cel puțin într-un interval mic, astfel încât devierea de la comportamentul ideal este mică) la volumul care va da molaritatea dorită. Ecuația HH afirmă că raportul dintre sare și acid, mai degrabă decât concentrațiile absolute, determină pH-ul. Rețineți că:

• În această reacție singurul produs secundar este apa.
• Molaritatea tamponului este determinată de masa acidului, NaH2PO4, care este cântărită, și volumul final la care este realizată soluția. (Pentru acest exemplu s-ar cere 15,60 g de dihidrat pe litru de soluție finală.)
• Concentrația NaOH nu este îngrijorătoare, deci orice concentrație arbitrară poate fi utilizată. Ar trebui, bineînțeles, să fie suficient de concentrată pentru a efectua modificarea necesară a pH-ului în volumul disponibil.
• Reacția implică faptul că este necesar doar un simplu calcul al molarității și o singură cântărire: trebuie să fie făcută o singură soluție și tot materialul cântărit este folosit în tampon - adică nu există deșeuri.

Rețineți că nu este corect să cântăriți în primul rând "sarea" (Na2HPO4), deoarece acest lucru dă un produs secundar nedorit.Dacă se formează o soluție a sării, pH-ul acesteia va fi deasupra pKa și va necesita titrarea cu un acid pentru scăderea pH-ului. Dacă se utilizează HCI, reacția va fi:

Na2HP04 + HCI - + NaH2P04 + NaCI,

producând NaCI, cu o concentrație nedeterminată, care nu este dorită în tampon. Uneori, de exemplu, într-o eluție cu gradient de ioni cu schimb de ioni, este necesar să existe un gradient de, de exemplu, [NaCl] suprapus pe tampon. Sunt necesare două tampoane pentru cele două camere ale generatorului de gradienți: tamponul de pornire (adică tamponul de echilibrare, fără NaCI adăugat sau cu concentrația inițială de NaCl) și tamponul de finisare, care este același cu cel de pornire tampon, dar care conține suplimentar concentrația finală de NaCl.

În fabricarea tamponului de finisare, trebuie luate în considerare efectele ionice comune (datorate ionului de sodiu).

Exemplu după cum sa menționat în revista Biochemical Education 16(4), 1988.

Exemplul nr. 2

Cerința se referă la un tampon de terminare a gradientului de ionizare, tampon 0,1 M Na-fosfat, pH 7,6, conținând 1,0 M NaCI .

În acest caz, NaC1 este cântărit și alcătuit împreună cu NaHEPO4; efectele ionice comune sunt luate în considerare în titrare, astfel încât calcule complexe sunt astfel evitate. Pentru 1 litru de soluție tampon, se dizolvă NaH2P04.2H20 (15,60 g) și NaCl (58,44 g) în aproximativ 950 ml H20 distilat, titrată la pH 7,6 cu o soluție de NaOH destul de concentrată (dar de concentrație arbitrară) și se completează până la 1 litru.

Exemplu după cum sa menționat în revista Biochemical Education 16(4), 1988.