Phosphate Buffer

در شیمی ، یک محلول بافر برای حفظ pH پایدار وقتی مقدار کمی اسید یا پایه در محلول وارد می شود ، حفظ می شود. یک محلول بافر فسفات به ویژه برای کاربردهای بیولوژیکی ، که به ویژه نسبت به تغییرات pH حساس هستند ، بسیار مفید است زیرا تهیه یک محلول در نزدیکی هر سه سطح pH ممکن است.

سه مقدار pKa برای اسید فسفریک (از کتابچه راهنمای شیمی شیمی و فیزیک CRC) 2.16 ، 7.21 و 12.32 است. منو سدیم فسفات و پایه مزدوج آن ، فسفات دی سدیم ، معمولاً برای تولید بافرهای مقادیر pH در حدود 7 ، برای کاربردهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرد ، همانطور که در اینجا نشان داده شده است.

اسید فسفریک

این اسید به صورت مایع غلیظ است که هیچ رنگ و بویی ندارد. اسید فسفریک در آب و اتانول حل می‌شود.

مقدار اسیدیته یا PH این حلال به غلظت آن بستگی دارد و با افزایش غلظت آن، کاهش می‌یابد و اسید قوی‌تری می‌شود. برای مثال، اسیدیته محلول این اسید با غلظت 0.1 مولار برابر 5.1 خواهد بود که بیشتر با نام اورتوفسفریک شناخته می‌شود.

اسید فسفریک خالص در دمای اتاق به صورت جامد است و طعم تندی دارد. این ماده سفید رنگ به صورت خالص آن نیز سمی نیست و یک اسید ضعیف به شمار می‌رود. با این وجود، وقتی به خلوص 85 درصد می‌رسد، خاصیت خورندگی خواهد داشت.

اسید فسفریک خالص در دمای 42 درجه سلسیوس ذوب می‌شود و در دمای بالایی 400 درجه سلسیوس نیز، تبخیر می‌شود.

اسید اسید، یک اسید سه پروتونه می‌باشد و این بدین معنی است که در ساختار خود، سه هیدروژن متصل به اکسیژن دارد. به همین دلیل، در آب سه مرتبه یون هیدروژن آزاد می‌کند. هر مرحله از این روند، مقدار ثابت تعادل کمتری نسبت به قبل خواهد داشت و با توجه به اینکه این مقدار بسیار کم است، تاثیر چندانی روی مقدار اسیدیته این اسید نخواهد داشت.

این اسید، از اسیدهایی مانند اسید سولفوریک و هیدروکلریک اسید ضعیف‌تر است اما از استیک اسید، قوی‌تر است.

منبع : https://bismoot.com/blog/اسید-فسفریک/

توجه: به یاد داشته باشید که pKa به راحتی با یک مقدار دقیق اندازه گیری نمی شود. مقادیر کمی متفاوت ممکن است از

منابع مختلف در ادبیات موجود باشد.
ساخت این بافر کمی پیچیده تر از ساخت بافر TAE و TBE است ، اما روند کار دشوار نیست و فقط باید حدود 10 دقیقه طول بکشد.

مواد
برای ایجاد فسفات بافر ، به مواد زیر نیاز دارید:

منو سدیم فسفات
فسفات دی سدیم.
اسید فسفریک یا هیدروکسید سدیم (NaOH)
pH متر و کاوشگر
فلاسک حجمی
سیلندرهای فارغ التحصیل
آبجو
میله ها را هم بزنید
صفحه تکان دهنده

مرحله 1. درباره خواص بافر تصمیم بگیرید
قبل از ساختن بافر ، ابتدا باید بدانید که چه نوع مولیتی را می خواهید ، چه حجمی ایجاد کنید و pH مورد نظر چیست. اکثر بافرها در غلظت های بین 0.1 و 10 میلی لیتر بهتر کار می کنند. pH باید در یک واحد pH از پایه اسید / ملتحمه pKa باشد. برای سادگی ، این محاسبه نمونه 1 لیتر بافر ایجاد می کند.

مرحله 2. نسبت اسید به پایه را تعیین کنید
برای تعیین میزان نسبت اسید به پایه برای ایجاد بافر از pH مورد نظر ، از معادله هندرسون-هزلبال (HH) استفاده کنید. از مقدار pKa نزدیکترین pH مورد نظر خود استفاده کنید. این نسبت به جفت کونژوگه اسید و پایه اشاره دارد که با آن pKa مطابقت دارد.


معادله HH: pH = pKa + log ([پایه] / [اسید])

برای بافر pH 6.9 ، [Base] / [Acid] = 0.4898

جایگزین برای [Acid] و حل برای [Base]

Molarity مورد نظر از بافر ، جمع [اسید] + [پایه] است.

برای بافر 1 M ، [Base] + [Acid] = 1 و [Base] = 1 - [Acid]

با جایگزین کردن این معادله نسبت ، از مرحله 2 ، دریافت می کنید:

[اسید] = 0.6712 مول / لیتر

حل برای [اسید]

با استفاده از معادله: [Base] = 1 - [Acid] ، می توانید این محاسبه کنید:

[پایه] = 0.3288 مول / L


مرحله 3. پایه اسید و ملتحمه را مخلوط کنید
بعد از اینکه از معادله هندرسون-هاسبالبول برای محاسبه نسبت اسید به پایه مورد نیاز برای بافر خود استفاده کردید ، کمی زیر 1 لیتر محلول را با استفاده از مقادیر صحیح مونو سدیم فسفات و دی سدیم فسفات آماده کنید.

مرحله 4. pH را بررسی کنید
برای تأیید رسیدن به pH مناسب برای بافر ، از پروب pH استفاده کنید. با استفاده از اسید فسفریک یا سدیم هیدروکسید (NaOH) کمی در صورت لزوم تنظیم کنید.

مرحله 5. جلد را تصحیح کنید
پس از رسیدن به pH مورد نظر ، حجم بافر را به 1 لیتر برسانید. سپس بافر را به دلخواه رقیق کنید. همین بافر را می توان رقیق کرد تا بافرهای 0.5 M ، 0.1 M ، 0.05 M یا هر چیز دیگری بین آن ایجاد شود.

در اینجا دو مثال از چگونگی محاسبه بافر فسفات وجود دارد ، همانطور که توسط Clive Dennison ، گروه بیوشیمی در دانشگاه ناتال ، آفریقای جنوبی شرح داده شده است.

مثال شماره 1
نیاز به یک بافر 0.1 فسفات سدیم-فسفات ، pH 7.6 است.

در معادله هندرسون-هزلبال ، pH = pKa + log ([نمک] / [اسید]) ، نمک Na2HPO4 و اسید NaHzPO4 است. یک بافر در pKa آن ، یعنی نقطه ای که [نمک] = [اسید] است ، مؤثر است. از معادله مشخص است که اگر [نمک]> [اسید] ، pH از pKa بیشتر باشد و اگر [نمک] <[اسید] باشد ، pH کمتر از pKa خواهد بود. بنابراین ، اگر ما می خواهیم محلول اسید NaH2PO4 را تشکیل دهیم ، pH آن کمتر از pKa خواهد بود ، بنابراین نیز کمتر از pH است که در آن محلول به عنوان یک بافر عمل می کند. برای ایجاد بافر از این محلول ، لازم است آن را با یک پایه ، به pH نزدیکتر به pKa ، تیتراژ کنید. NaOH یک پایه مناسب است زیرا سدیم را به عنوان کاتیون حفظ می کند:

NaH2PO4 + NaOH - + Na2HPO4 + H20.

هنگامی که محلول به pH صحیح تیتراژ شد ، ممکن است رقیق شود (حداقل بیش از یک محدوده کوچک ، به طوری که انحراف از رفتار ایده آل اندک باشد) به حجمی که باعث می شود خاصیت مولکولی حاصل شود. معادله HH بیان می کند که نسبت نمک به اسید ، به جای غلظت مطلق آنها ، pH را تعیین می کند. توجه داشته باشید که:

در این واکنش تنها محصول فرعی آب است.
Molarity از بافر توسط جرم اسید ، NaH2PO4 ، که وزن می شود ، تعیین می شود و حجم نهایی که محلول در آن ساخته شده است. (برای این مثال 60/15 گرم از دی هیدرات در هر لیتر محلول نهایی لازم است.)
غلظت NaOH جای نگرانی نیست ، بنابراین می توان از هر غلظت دلخواه استفاده کرد. البته باید آن را به اندازه کافی متمرکز کرد تا تغییرات pH مورد نیاز در حجم موجود را تأثیر بگذارد.
این واکنش نشان می دهد که فقط یک محاسبه ساده از Molarity و یک وزن واحد لازم است: فقط یک راه حل باید ساخته شود ، و تمام مواد وزن در بافر استفاده می شود — یعنی هیچ زباله ای وجود ندارد.
توجه داشته باشید که وزن کردن نمک (Na2HPO4) در وهله اول صحیح نیست ، زیرا این یک محصول جانبی ناخواسته می دهد. اگر محلول نمکی تهیه شود ، pH آن بالاتر از pKa خواهد بود و برای پایین آوردن pH به تیتراسیون با اسید نیاز دارد. در صورت استفاده از HC1 ، واکنش به شرح زیر خواهد بود:

Na2HPO4 + HC1 - + NaH2PO4 + NaC1 ،

بازده NaC1 ، غلظت مشخص نشده ای ، که در بافر به دنبال آن نیست. گاهی اوقات - به عنوان مثال ، در یک شیب شیب یونی با مقاومت یونی تبادل یونی - لازم است که یک شیب ، مثلاً [NaC1] را روی بافر قرار دهید. سپس دو بافر لازم است ، برای دو محفظه مولد شیب: بافر شروع (یعنی بافر تعادل ، بدون افزودن NaC1 ، یا با غلظت شروع NaC1) و بافر نهایی که همان شروع است بافر اما علاوه بر این شامل غلظت نهایی NaC1 است. در ساخت بافر به پایان رساندن ، اثرات یون معمولی (به دلیل یون سدیم) باید در نظر گرفته شود.

نمونه ای که در مجله بیوشیمیایی 16 (4) ، 1988 ذکر شده است.

مثال شماره 2
مورد نیاز برای یک بافر به پایان رساندن شیب یونی ، بافر 0.1 میلی گرم سدیم-فسفات ، pH 7.6 ، حاوی 1.0 M NaCl است.

در این حالت ، NaC1 وزن شده و همراه با NaHEPO4 ساخته می شود. اثرات یونی مشترک در تیتراسیون به حساب می آیند ، و از این رو از محاسبات پیچیده جلوگیری می شود. برای 1 لیتر بافر ، NaH2PO4.2H20 (60/15 گرم) و NaC1 (58.44 گرم) در حدود 950 میلی لیتر از H20 مقطر حل شده ، با pH 7/6 با محلول نسبتاً متمرکز NaOH (اما با غلظت دلخواه) حل می شوند و تا 1 ساخته می شوند. لیتر