دليل لصنع عازلة الفوسفات بسيطة

في الكيمياء ، أ متعادلالمحلول يعمل على الحفاظ على درجة حموضة مستقرة عند إدخال كمية صغيرة من الحمض أو القاعدة في المحلول. يعتبر محلول عازل الفوسفات مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات البيولوجية ، التي تكون حساسة بشكل خاص لتغييرات الأس الهيدروجيني لأنه من الممكن إعداد محلول بالقرب من أي من مستويات الأس الهيدروجيني الثلاثة.

قيم pKa الثلاث لحمض الفوسفوريك (من دليل CRC للكيمياء والفيزياء) هي 2.16 و 7.21 و 12.32. عادة ما يتم استخدام فوسفات أحادية الصوديوم وقاعدته المترافقة ، فوسفات ثنائي الصوديوم لتوليد مخازن من قيم الأس الهيدروجيني حول 7 ، للتطبيقات البيولوجية ، كما هو موضح هنا.

• ملحوظة: تذكر أن pKa لا يمكن قياسه بسهولة إلى قيمة دقيقة. قد تتوفر قيم مختلفة قليلاً في الأدبيات من مصادر مختلفة.

يعد إنشاء هذا المخزن المؤقت أكثر تعقيدًا قليلاً من إنشاء المخازن المؤقتة TAE و TBE ، ولكن العملية ليست صعبة ويجب أن تستغرق حوالي 10 دقائق فقط.

لجعل عازل الفوسفات الخاص بك ، ستحتاج إلى المواد التالية:

• فوسفات أحادية الصوديوم
• فوسفات الصوديوم.
• حمض الفوسفوريك أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)
• مقياس الأس الهيدروجيني والمسبار
• دورق حجمي
• أسطوانة مدرجة
• الأكواب
• قضبان التحريك
• موقد التحريك

قبل إنشاء المنطقة العازلة ، يجب عليك أولاً معرفة ما هي المولارية التي تريدها ، وما هو الحجم الذي يجب أن تصنعه ، وما هو الرقم الهيدروجيني المطلوب. تعمل معظم المخازن المؤقتة بشكل أفضل عند التركيزات بين 0.1 م و 10 م. يجب أن يكون الأس الهيدروجيني في نطاق 1 أس هيدروجيني لقاعدة الحمض / الاتحاد المترافق pKa. من أجل البساطة ، يخلق حساب العينة هذا 1 لترًا من المخزن المؤقت.

استخدم معادلة Henderson-Hasselbalch (HH) (أدناه) لتحديد نسبة الحمض إلى القاعدة المطلوبة لعمل مخزن مؤقت للأس الهيدروجيني المطلوب. استخدم قيمة pKa الأقرب إلى الرقم الهيدروجيني المطلوب ؛ تشير النسبة إلى الزوج المترافق مع القاعدة الحمضية الذي يتوافق مع pKa.

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

لعازلة حموضة 6.9 ، [Base] / [Acid] = 0.4898

استبدل [Acid] وحل [Base]

المولارية المطلوبة للمخزن المؤقت هي مجموع [حمض] + [قاعدة].

ل 1 M عازلة ، [قاعدة] + [حمض] = 1 و [القاعدة] = 1 - [حمض]

باستبدال هذا في معادلة النسبة ، من الخطوة 2 ، تحصل على:

[حمض] = 0.6712 مول / لتر

حل من أجل [حمض]

باستخدام المعادلة: [Base] = 1 - [Acid] ، يمكنك حساب ما يلي:

[القاعدة] = 0.3288 مول / لتر

بعد أن استخدمت هندرسون-هاسيلالبش معادلة لحساب نسبة الحمض إلى القاعدة المطلوبة لعازلك ، قم بإعداد أقل من لتر واحد من المحلول باستخدام الكميات الصحيحة من فوسفات أحادية الصوديوم وفوسفات ثنائي الصوديوم.

استخدم مسبار الأس الهيدروجيني للتأكد من الوصول إلى الأس الهيدروجيني الصحيح للمخزن المؤقت. اضبط قليلاً حسب الضرورة ، باستخدام حمض الفوسفوريك أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH).

بمجرد الوصول إلى درجة الحموضة المطلوبة ، اجعل حجم المخزن المؤقت يصل إلى 1 لتر. ثم قم بتخفيف المخزن المؤقت حسب الرغبة. يمكن تخفيف هذا المخزن المؤقت نفسه لإنشاء مخازن عازلة 0.5 م ، 0.1 م ، 0.05 م ، أو أي شيء بينهما.

فيما يلي مثالان لكيفية حساب مخزن الفوسفات ، كما هو موضح من قبل كلايف دينيسون ، قسم الكيمياء الحيوية في جامعة ناتال ، جنوب أفريقيا.

الشرط هو العازلة 0.1 M Na الفوسفات ، ودرجة الحموضة 7.6.

في معادلة هندرسون-هاسيلبالك ، pH = pKa + log ([ملح] / [حمض]) ، يكون الملح Na2HPO4 والحمض NaHzPO4. يكون العازل أكثر فاعلية في pKa ، وهو النقطة التي يكون فيها [الملح] = [حمض]. من المعادلة يتضح أنه إذا كان [الملح]> [الحمض] ، سيكون الرقم الهيدروجيني أكبر من pKa ، وإذا كان [الملح]

NaH2PO4 + NaOH - + Na2HPO4 + H20.

بمجرد معايرة المحلول إلى الرقم الهيدروجيني الصحيح ، يمكن تخفيفه (على الأقل أكثر من صغير المدى ، بحيث يكون الانحراف عن السلوك المثالي صغيرًا) إلى الحجم الذي سيعطي المطلوب المولارية. تنص معادلة HH على أن نسبة الملح إلى الحمض ، بدلاً من تركيزاتها المطلقة ، تحدد الرقم الهيدروجيني. لاحظ أن:

• في هذا التفاعل ، يكون المنتج الثانوي الوحيد هو الماء.
• يتم تحديد مولارية العازلة بواسطة كتلة الحمض NaH2PO4 ، التي يتم وزنها ، والحجم النهائي الذي يتكون منه المحلول. (في هذا المثال ، سيطلب 15.60 جم ​​من الهيدرات لكل لتر من المحلول النهائي.)
• تركيز NaOH ليس محل قلق ، لذلك يمكن استخدام أي تركيز تعسفي. يجب ، بالطبع ، أن يتركز بما يكفي لإحداث تغيير درجة الحموضة المطلوبة في الحجم المتاح.
• يشير التفاعل إلى أنه لا يلزم سوى حساب بسيط للمولارية ووزن واحد: واحد فقط يحتاج الحل إلى تعويضه ، ويتم استخدام جميع المواد التي يتم وزنها في المخزن المؤقت - أي أنه لا يوجد المخلفات.

لاحظ أنه من غير الصحيح وزن "الملح" (Na2HPO4) في المقام الأول ، لأن هذا يعطي منتجًا ثانويًا غير مرغوب فيه. إذا كان محلول الملح يتكون ، فإن درجة الحموضة ستكون أعلى من pKa ، وسوف تتطلب معايرة بحمض لخفض درجة الحموضة. إذا تم استخدام HC1 ، فسيكون التفاعل:

Na2HPO4 + HC1 - + NaH2PO4 + NaC1 ،

ينتج NaC1 ، من تركيز غير محدد ، وهو غير مطلوب في المنطقة العازلة. في بعض الأحيان ، على سبيل المثال ، في عملية شطف متدرجة التبادل الأيوني للقوة الأيونية ، يُطلب أن يكون هناك تدرج من [NaC1] ، على سبيل المثال ، مثبت على المخزن المؤقت. بعد ذلك ، يلزم وجود مخزنين مؤقتين ، لغرفتي مولد التدرج: المخزن المؤقت للبدء (أي المخزن المؤقت للموازنة ، بدون إضافة NaC1 ، أو مع بدء تركيز NaC1) ومخزن الإنهاء ، وهو نفس المخزن المؤقت للبدء ولكنه يحتوي أيضًا على تركيز التشطيب NaC1. عند صنع العازل النهائي ، يجب أن تؤخذ في الاعتبار التأثيرات الشائعة للأيونات (بسبب أيون الصوديوم).

مثال كما هو مذكور في مجلة تعليم الكيمياء الحيوية16(4), 1988.

الشرط هو العازلة التشطيب متدرجة القوة الأيونية ، 0.1 M عازلة الفوسفات ، الرقم الهيدروجيني 7.6 ، تحتوي على 1.0 M NaCl.

في هذه الحالة ، يتم وزن NaC1 ويتم تكوينه مع NaHEPO4 ؛ يتم حساب التأثيرات الأيونية الشائعة في المعايرة ، وبالتالي يتم تجنب الحسابات المعقدة. ل 1 لتر من المخزن المؤقت ، يتم إذابة NaH2PO4.2H20 (15.60 جم) و NaC1 (58.44 جم) في حوالي 950 مل من H20 المقطر ، معايرته إلى درجة حموضة 7.6 بمحلول NaOH مركز إلى حد ما (ولكن من تركيز تعسفي) ومصنوع حتى 1 لتر.

مثال كما هو مذكور في مجلة تعليم الكيمياء الحيوية16(4), 1988.