Guide till att skapa en enkel fosfatbuffert

Inom kemi, a buffertlösning tjänar till att upprätthålla ett stabilt pH när en liten mängd syra eller bas införs i en lösning. En fosfatbuffertlösning är särskilt användbar för biologiska tillämpningar, som är särskilt känsliga för pH-förändringar eftersom det är möjligt att framställa en lösning nära någon av tre pH-nivåer.

De tre pKa-värdena för fosforsyra (från CRC-handbok för kemi och fysik) är 2,16, 7,21 och 12,32. Monosodiumfosfat och dess konjugatbas, dinatriumfosfat, används vanligen för att generera buffertar med pH-värden runt 7 för biologiska tillämpningar, såsom visas här.

• Notera: Kom ihåg att pKa inte lätt mäts till ett exakt värde. Något olika värden kan vara tillgängliga i litteraturen från olika källor.

Att göra denna buffert är lite mer komplicerad än att skapa TAE- och TBE-buffertar, men processen är inte svår och borde ta ungefär 10 minuter.

För att göra din fosfatbuffert behöver du följande material:

• Monosodium fosfat
• Dinatriumfosfat.
• Fosforsyra eller natriumhydroxid (NaOH)
• pH-mätare och sond
• Mätkolv
• Graderade cylindrar
• bägare
• Rör om barer
• Omrörande kokplatta

Innan du gör en buffert bör du först veta vilken molaritet du vill att den ska vara, vilken volym du ska göra och vad det önskade pH är. De flesta buffertar fungerar bäst vid koncentrationer mellan 0,1 M och 10 M. PH bör ligga inom 1 pH-enhet för syra / konjugatbasen pKa. För enkelhets skull skapar denna provberäkning 1 liter buffert.

Använd Henderson-Hasselbalch (HH) -ekvationen (nedan) för att bestämma vilket förhållande mellan syra och bas som krävs för att skapa en buffert med önskat pH. Använd pKa-värdet närmast ditt önskade pH; förhållandet avser det syrabas-konjugatparet som motsvarar det pKa.

HH-ekvation: pH = pKa + log ([bas] / [syra])

För en buffert med pH 6,9, [bas] / [syra] = 0,4898

Ersättare för [Acid] och Solve for [Base]

Den önskade molariteten för bufferten är summan av [Acid] + [Base].

För en 1 M-buffert är [Base] + [Acid] = 1 och [Bas] = 1 - [Syra]

Genom att ersätta detta i förhållandet ekvation, från steg 2, får du:

[Syra] = 0,6712 mol / l

Lös för [syra]

Med hjälp av ekvationen: [Bas] = 1 - [Syra] kan du beräkna att:

[Bas] = 0,3288 mol / l

När du har använt Henderson-Hasselbalch ekvation för att beräkna förhållandet mellan syra och bas som krävs för din buffert, bereda strax under 1 liter lösning med rätt mängder monosodiumfosfat och dinatriumfosfat.

Använd en pH-sond för att bekräfta att rätt pH för bufferten uppnås. Justera något efter behov med fosforsyra eller natriumhydroxid (NaOH).

När önskat pH har uppnåtts, bringa buffertvolymen till 1 liter. Späd sedan bufferten efter önskemål. Samma buffert kan spädas för att skapa buffertar på 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M eller något däremellan.

Här är två exempel på hur en fosfatbuffert kan beräknas, såsom beskrivs av Clive Dennison, Institutionen för biokemi vid University of Natal, Sydafrika.

Kravet är för en 0,1 M Na-fosfatbuffert, pH 7,6.

I Henderson-Hasselbalch-ekvationen, pH = pKa + log ([salt] / [syra]), är saltet Na2HPO4 och syran är NaHzPO4. En buffert är mest effektiv vid sin pKa, som är den punkt där [salt] = [syra]. Från ekvationen är det tydligt att om [salt]> [syra] kommer pH att vara högre än pKa, och om [salt]

NaH2PO4 + NaOH - + Na2HPO4 + H20.

När lösningen har titrerats till rätt pH kan den spädas (åtminstone över en liten mängd) intervall, så att avvikelsen från idealiskt beteende är liten) till volymen som ger önskat molaritet. HH-ekvationen säger att förhållandet mellan salt och syra, snarare än deras absoluta koncentrationer, bestämmer pH. Anteckna det:

• I denna reaktion är den enda biprodukten vatten.
• Molariteten hos bufferten bestäms av syrans massa, NaH2PO4, som vägs ut och den slutliga volymen till vilken lösningen består. (För detta exempel krävs 15,60 g dihydrat per liter slutlösning.)
• Koncentrationen av NaOH är inte oroande, så någon godtycklig koncentration kan användas. Det bör naturligtvis koncentreras tillräckligt för att åstadkomma den erforderliga pH-förändringen i den tillgängliga volymen.
• Reaktionen innebär att endast en enkel beräkning av molaritet och en enda vägning krävs: endast en lösningen behöver göras, och allt material som vägs ut används i bufferten - det vill säga det finns inget avfall.

Observera att det inte är korrekt att väga ut "saltet" (Na2HPO4) i första hand eftersom det ger en oönskad biprodukt. Om en lösning av saltet består, kommer dess pH att ligga över pKa, och det kräver titrering med en syra för att sänka pH. Om HC1 används kommer reaktionen att vara:

Na2HPO4 + HC1 - + NaH2PO4 + NaC1,

vilket ger NaCl, med en obestämd koncentration, som inte är önskad i bufferten. Ibland - till exempel i en jonutbytesprocess med jonstyrka-gradienteluering - krävs det att en gradient av, säg, [NaC1] överlagras på bufferten. Två buffertar krävs sedan, för de två kamrarna i gradientgeneratorn: startbufferten (det vill säga jämviktsbufferten, utan tillsatt NaC1, eller med startkoncentration av NaCl) och slutbufferten, som är densamma som startbufferten men som dessutom innehåller slutkoncentrationen av NaCl. Vid uppbyggnaden av efterbehandlingsbufferten måste vanliga joneffekter (på grund av natriumjonen) beaktas.

Exempel som anges i tidskriften Biochemical Education16(4), 1988.

Kravet är en jonstyrkningsgradientbearbetning, 0,1 M Na-fosfatbuffert, pH 7,6, innehållande 1,0 M NaCl.

I detta fall vägs NaC1 ut och komponeras tillsammans med NaHEPO4; vanliga joneffekter redovisas i titreringen och komplexa beräkningar undviks således. För 1 liter buffert upplöses NaH2PO4.2H20 (15,60 g) och NaCl (58,44 g) i cirka 950 ml destillerat H20, titrerades till pH 7,6 med en ganska koncentrerad NaOH-lösning (men med godtycklig koncentration) och kompenserade till 1 liter.

Exempel som anges i tidskriften Biochemical Education16(4), 1988.