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Preparación de soluciones tampón: soluciones, cálculo y resolución de problemas frecuentes

Por qué la exactitud del pesaje es vital para obtener soluciones tampón de calidad

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Preparación de soluciones tampón: soluciones, cálculo y resolución de problemas frecuentes

La preparación de soluciones tampón es un proceso habitual en los laboratorios de química y bioquímica. Una solución tampón es una mezcla de un ácido débil y su base conjugada o una base débil y su ácido conjugado. Las soluciones tampón sirven para ayudar a mantener un valor estable del pH de otra solución que se mezcla con la solución tampón. La solución tampón resiste a los cambios en el valor del pH de toda la solución cuando se introduce en ella una pequeña cantidad de un ácido o alcalino distinto, ya sea por adición o mediante cualquier reacción química dentro de la solución. Por lo tanto, las soluciones tampón son muy útiles en una amplia gama de aplicaciones en las que se necesita un pH relativamente estable. A las soluciones tampón también se las conoce como “soluciones tampón del pH”, “soluciones tampón de los iones de hidrógeno” o “solución tampón”.

Por ejemplo, la sangre contiene soluciones tampón naturales para mantener un pH estable entre 7,35 y 7,45, de forma que nuestras enzimas funcionen correctamente. Dado que la actividad enzimática varía con el pH, mantener un pH constante es fundamental en los ensayos bioquímicos para asegurar que se cumpla el nivel de actividad correcto. En las aplicaciones comerciales, las soluciones tampón se pueden encontrar en champús para prevenir la irritación cutánea, en lociones para bebés para inhibir la proliferación bacteriana y en soluciones de lentes de contacto para asegurar que el nivel del pH del líquido siga siendo compatible con el de los ojos.

La preparación de soluciones tampón consta de varios pasos: pesaje de los componentes, disolución de los componentes, ajuste del pH y reposición al volumen final. Dado que la proporción del ácido con respecto a la base en una solución tampón está ligada directamente al pH final, resulta vital para pesar los componentes con un elevado grado de exactitud. Por lo tanto, es importante que los equipos empleados (la balanza, las pipetas y el pHmetro) estén debidamente calibrados y posean la exactitud suficiente. 

Buffer Preparation

Buffer Preparation

Vea el vídeo: Preparación de soluciones tampón con facilidad, comodidad y exactitud

La preparación de soluciones tampón requiere tiempo y se debe llevar a cabo con cuidado para asegurarse de que tenga el rendimiento deseado. Cuando la calidad de sus productos o sus análisis bioquímicos depende del rendimiento de las soluciones tampón, le interesa asegurarse de hacerlas bien a la primera.

Vea el vídeo y descubra cómo puede ahorrar tiempo y esfuerzo preparando soluciones tampón exactas con las balanzas de precisión y los pHmetros de METTLER TOLEDO.


Visite una de las siguientes secciones para obtener más información:

  1. ¿Cómo se preparan las soluciones tampón? Procedimiento típico.
  2. Información sobre las soluciones tampón
    1. ¿Cómo funcionan las soluciones tampón?
    2. Tipos de soluciones tampón
    3. Qué hay que tener en cuenta a la hora de preparar una solución tampón
    4. Ventajas de las soluciones tampón universales
    5. Consejos adicionales para la preparación y el uso de soluciones tampón
  3. Solicitud de asistencia gratuita en el proceso de preparación de soluciones tampón
  4. Los problemas de la preparación de una solución tampón
  5. Solución destacada de METTLER TOLEDO para preparar soluciones tampón cómodamente y con exactitud
  6. Guía de pesaje: Flujos de trabajo de pesaje eficientes
  7. Preparación de soluciones tampón: un procedimiento optimizado con una gestión integral de los datos
  8. Cómo asegurarse de que el pHmetro esté calibrado correctamente
  9. Preguntas frecuentes: preguntas frecuentes sobre la preparación de soluciones tampón

Preparación de soluciones tampón: procedimiento de formulación

¿Cómo se preparan las soluciones tampón? Procedimiento típico.

Preparar las soluciones tampón consta de varios pasos: calcular los componentes (las concentraciones y las cantidades) conforme al uso necesario y el volumen objetivo, pesar los componentes, disolver los componentes, ajustar el pH, llenar hasta el volumen final, etiquetar, documentar los resultados y usarlos directamente o almacenarlos para usarlos después.

  1. Seleccionar una receta de la base de datos
  2. Recalcular las cantidades de las recetas conforme al volumen de solución tampón necesario
  3. Pesar compuestos en el recipiente
  4. Disolver los compuestos en un disolvente adecuado (normalmente, agua)
  5. Comprobar y ajustar el valor del pH mediante un pHmetro
  6. Llenar la solución hasta el volumen necesario
  7. Transferir a una botella de almacenamiento y etiquetar
  8. Documentar los resultados

¿Cómo funcionan las soluciones tampón?

Las soluciones tampón son sistemas acuosos que resisten a los cambios en el pH cuando se les añaden pequeñas cantidades de ácido o base, y constan de un ácido débil y su base conjugada. Una solución tampón mantiene el pH de una solución constante absorbiendo los protones que se liberan durante las reacciones o liberando protones cuando las reacciones los consumen. El descubrimiento de que las soluciones parcialmente neutralizadas de ácidos o bases débiles son resistentes a los cambios en el pH cuando se añaden pequeñas cantidades de ácidos o bases fuertes fue lo que llevó al concepto de “solución tampón”.
 

Una base conjugada es un ácido que ha perdido un protón.
HA  ↔  H+ + A–
Ácido  ↔  protón + base conjugada
 

Un ácido conjugado es una base que ha conseguido un protón.
A + H+  ↔  H+A
Base + protón  ↔  ácido conjugado
 

Se establece un equilibrio entre la forma disociada y la indisociada.
Por ejemplo, un ácido acético débil se disocia parcialmente en agua produciendo un ion de acetato:
CH3COOH  ↔  H+ + CH3COO–
El ácido acético indisociado, los iones de hidrógeno y el ion disociado existen en equilibrio en la solución.
 

El acetato sódico también se disocia en agua para producir el mismo ion de acetato:
CH3COONa  ↔  Na+ + CH3COO–
El acetato sódico indisociado y los iones de sodio y acetato existen en equilibrio en la solución.
 

Por lo tanto, una solución acuosa de una mezcla de ácido acético y acetato sódico puede absorber iones de H+ a partir de la adición de un ácido mediante la combinación de los iones de hidrógeno con la base de acetato para producir ácido acético. Además, cuando los iones de OH– se introducen en la solución mediante la adición de un alcalino, se combinan con moléculas de ácido (H+) para producir agua. De este modo, a media que el sistema trata de restaurar el equilibrio, la solución resiste a los cambios en el valor del pH. Así es como funciona una solución tampón.
 

¿Qué sucede después de añadir ácido a la solución tampón?

Cuando se añade un poco de ácido fuerte (más H+) a una mezcla en equilibrio del ácido débil y su base conjugada, el equilibrio se pasa a la izquierda, de conformidad con el principio de Le Chatelier.
 

¿Qué sucede después de añadir una base a la solución tampón?

Del mismo modo, si se añade una base fuerte a la mezcla, la concentración de iones de hidrógeno se reduce a un número inferior al esperado para la cantidad de base añadida. Esto se debe a que la reacción pasa a la derecha para adaptarse a la pérdida de H+ en la reacción con la base.

Buffer Preparation Formula

Tipos de soluciones tampón

A las soluciones tampón que constan de un ácido débil y su base conjugada se las denomina “soluciones tampón acídicas” y tienen un pH inferior a 7. Una solución tampón compuesta de ácido acético (ácido débil) y acetato sódico (base conjugada) es una solución tampón acídica y tiene un pH que ronda el 4,75.
A las soluciones tampón que constan de una base débil y su ácido conjugado se las denomina “soluciones tampón alcalinas” y tienen un pH superior a 7. Un ejemplo de solución tampón alcalina es una solución acuosa de hidróxido de amonio (base débil) y cloruro amónico (ácido conjugado) con un pH de 9,25.
 

Qué hay que tener en cuenta a la hora de preparar una solución tampón

Las soluciones tampón funcionan mejor cuando su pH se asemeja al del sistema o la solución que se está investigando. En el estudio de las enzimas de la biología humana, hace falta un sistema que coincida con el pH de la sangre (es decir, entre 7,35 y 7,45); de lo contrario, las enzimas no funcionarán correctamente. Si el sistema tampón tiene un pH fuera del rango deseado, esto también repercutirá negativamente sobre los análisis.
 

Por lo tanto, es imprescindible tener la capacidad de preparar las soluciones tampón de un pH específico, lo cual se puede hacer de diversas formas:

  • Ajustando el pH
    En primer lugar, el ácido o la base cristalina se disuelven en un volumen de agua que equivale a alrededor del 60–70 % del volumen final requerido de solución tampón. El pH se prueba y luego se ajusta. Si se usa un ácido cristalino, el pH se ajusta empleando una base que no generará iones que podrían interferir en el sistema que se está investigando. Si se usa una base cristalina, el pH se ajusta usando un ácido adecuado. En cuanto se alcanza el pH deseado, el volumen de la solución tampón se puede llenar con agua para obtener el volumen necesario.

  • Mezclando soluciones ácidas y básicas
    En este método, una solución ácida o básica se mezcla con una solución de la sal asociada. Las concentraciones de las soluciones de partida deben ser las mismas que las de la solución tampón necesaria. Las soluciones se pueden mezclar en proporciones variables para lograr valores de pH distintos en la solución tampón final. Una alternativa es controlar el pH mientras se añade una solución a la otra.

  • Usando la ecuación de Henderson-Hasselbach
    La ecuación de Henderson-Hasselbach puede servir para calcular aproximadamente el pH de una solución tampón usando la constante de disociación, pKa. Cuando en la solución hay un ácido débil (HA) y la disociación en iones de hidrógeno (H+) y su base conjugada (A–) está en equilibrio, la constante de disociación es una medición de la concentración del ácido en este punto de equilibrio. La ecuación de Henderson-Hasselbach es como se indica a continuación: 
    • Buffer Preparation - second formula

    Donde: “pKa” es la constante de disociación del ácido débil
    [A-] es la concentración de la base conjugada en equilibrio
    [HA] es la concentración del ácido en equilibrio

    En el caso en el que la concentración en equilibrio de la base conjugada y el ácido son idénticas, el pH equivale a la constante de disociación. Llegados a este punto, la solución tampón aporta la máxima capacidad de amortiguación.
    La ecuación de Henderson-Hasselbach también se usa para determinar la constante de disociación de los ácidos débiles midiendo directamente el pH.
     

Ventajas de las soluciones tampón universales
Las soluciones tampón universales constan de una combinación de varios pares de ácidos y bases, lo que permite a las soluciones tampón universales mantener el valor del pH de un abanico más amplio de soluciones y, por lo tanto, se puede usar en muchas más aplicaciones.

Consejos adicionales para la preparación y el uso de soluciones tampón
 

  • Crear un PNT de preparación de soluciones tampón
    Es recomendable documentar el proceso de preparación de la solución tampón y asegurarse de que todo el mundo siga el mismo procedimiento para asegurar la uniformidad y la reproducibilidad. El PNT debería incluir los detalles de los materiales empleados y los pasos precisos relativos al cuándo y al cómo añadir los componentes y medir el pH. El PNT también podría incluir muchos de los puntos mencionados a continuación.
     
  • Llevar equipos de protección
    Hay que llevar equipos de protección personal (EPP) adecuados (por ejemplo, gafas y ropa de protección), sobre todo a la hora de trabajar con ácidos o bases fuertes.
     
  • Inspeccionar en busca de contaminación microbiana (sobre todo en aplicaciones biológicas)
    Antes de usar ninguna solución tampón, hay que comprobar que en el contenedor no haya contaminación microbiana. Las soluciones tampón con un pH casi neutro son particularmente susceptibles a la contaminación. Podría apreciar algo de enturbiamiento en la solución o la acumulación de contaminantes en el fondo.
     
  • Usar el pHmetro correctamente
    El pHmetro debería someterse periódicamente a calibración y mantenimiento para asegurar la exactitud de las mediciones de pH. El electrodo se debería preparar como es debido antes de su uso y se debería usar una cantidad suficiente de solución tampón para asegurar que esa unión de electrodos se sumerja correctamente. Asegúrese de esperar a obtener un valor de pH estable antes de tomar la lectura y de limpiar el electrodo con agua destilada después. Asegúrese de usar el pHmetro a temperatura ambiente o de usar un electrodo con sensor de temperatura integrado.
     
  • Tener en cuenta la temperatura
    La cantidad de disociación puede variar con la temperatura. Por lo tanto, la solución tampón tendría que prepararse a la misma temperatura a la que efectuará los análisis. Asimismo, asegúrese de que la temperatura a la que calibre el electrodo sea la misma que la temperatura a la que realice la medición.
     
  • Tener en cuenta la concentración
    Diluir las soluciones tampón de reserva a la concentración que hay que usar en los análisis es una práctica habitual. No obstante, si cambia la concentración, la cantidad de disociación podría verse afectada. Dado que el pH es una medición de la concentración de iones de hidrógeno (H+), un cambio en la disociación puede ocasionar un cambio en el pH. Tras la dilución, convendría volver a comprobar el pH antes de usar la solución tampón.

Experto en preparación de soluciones tampón

¿Necesita ayuda?

Las soluciones tampón tienen una importancia vital en una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, la preparación de soluciones tampón es un proceso lento, requiere mucho trabajo y se debe llevar a cabo con cuidado para evitar errores. Si necesita ayuda con la preparación de soluciones tampón o desea que le aconsejen cuál es la balanza que cumple sus requisitos de exactitud, nuestro equipo de expertos está a su disposición. No dude en ponerse en contacto con nosotros para pedir ayuda o asesoramiento.

Los problemas de la preparación de una solución tampón

Los problemas de la preparación de una solución tampón

Aunque la solución tampón más sencilla podría constar solo de un ácido, una base y agua, los técnicos de laboratorio suelen tener que preparar varias soluciones tampón al día,  que suelen están compuestas por 2–5 componentes, pero podrían llegar a tener hasta 20. Un laboratorio típico podría tener más de 20 recetas de soluciones tampón diseñadas para producir 1 litro de solución tampón.

Cálculos con las soluciones tampón

Con una base de datos de más de 20 recetas, lo primero que tiene que hacer un técnico de laboratorio es asegurarse de que se haya seleccionado la receta de solución tampón adecuada. En el caso de los volúmenes de solución tampón que no sean de 1 litro, hay que recalcular las cantidades de todos los componentes en consecuencia y registrar las nuevas cantidades. Todo error en los cálculos o en el registro de los nuevos valores podría provocar valores incorrectos del pH en la solución tampón. Con un sistema de registro de datos manual, el riesgo de errores es mayor.

Pesaje y registro de los resultados del pesaje

A la hora de pesar los distintos componentes de una solución tampón, hay que tener cuidado de usar la cantidad adecuada del componente apropiado. Hay que registrar el peso real de cada componente y, tanto si los resultados se registran a mano como si los valores se introducen en un ordenador, hay que tener cuidado de evitar los errores de transcripción.

En función de la cantidad necesaria de cada uno de los componentes de la solución y de peso mínimo de la balanza, podría ser necesario usar dos balanzas distintas, lo cual complica el proceso y reduce la eficiencia.

Rendimiento correcto de los pHmetros

Comprobar el nivel de pH de la solución tampón tiene una importancia vital. Sin embargo, si el pHmetro empleado no recibe una calibración ni un mantenimiento adecuados, las lecturas del pH podrían ser inexactas. Usar una solución tampón con un pH incorrecto podría afectar gravemente a los análisis posteriores o la calidad de los productos.

Documentación

La solución tampón final se debe etiquetar cuidadosamente con toda la información para evitar toda confusión. La fecha de caducidad es importante para asegurarse de que la solución siga siendo eficaz al usarla. Todos los datos relativos a la preparación de la solución tampón se deben registrar y almacenar de forma segura para poder consultarlos en el futuro y por motivos de trazabilidad.

Preparación exacta de soluciones tampón

Solución destacada de METTLER TOLEDO para preparar soluciones tampón cómodamente y con exactitud

Las balanzas de precisión XSR de METTLER TOLEDO simplifican la preparación de soluciones tampón y reducen considerablemente la carga de trabajo para los técnicos de laboratorio.

Recetas guardadas

En la balanza se pueden guardar directamente hasta 50 recetas de solución tampón como métodos de pesaje. Al guardar en la balanza la solución tampón más usada, se puede recuperar con rapidez el método necesario y ponerse manos a la obra en seguida. La balanza aporta instrucciones paso a paso para que los analistas puedan hacer un seguimiento cómodamente de la fase del proceso de preparación de la solución tampón en la que se encuentran.

Cálculos automáticos y guía de pesaje

Al principio de cada método, se introduce el volumen necesario de solución tampón y las cantidades de los componentes se calculan automáticamente. A medida que se va pesando cada ingrediente, la guía de pesaje de SmartTrac muestra gráficamente el peso real con respecto al peso objetivo. La barra se pone de color verde en cuanto el peso del componente añadido se halla dentro del rango de tolerancia predefinido. De este modo, los analistas pueden pesar con mayor rapidez y certidumbre.

Procesos eficientes y registro automático de datos

Después de haber añadido cada componente, la balanza guarda el resultado del peso real y luego lo tara automáticamente, lo que facilita el proceso de pesaje y elimina la necesidad de registrar los resultados de forma manual. La balanza se puede configurar para que imprima los resultados de pesaje automáticamente una vez añadidos todos los ingredientes.

Comodidad de medición del pH

Los pHmetros SevenExcellence de METTLER TOLEDO son la elección perfecta para efectuar mediciones exactas del pH. Estos instrumentos fáciles de usar se pueden manejar mediante la pantalla táctil, permiten tomar mediciones directas con solo pulsar un botón y aportan Intelligent Sensor Management.

Las mediciones del pH solo son exactas en la medida en que lo son las soluciones de calibración. METTLER TOLEDO también ofrece una selección de soluciones de calibración del pH de gran calidad para que se ajusten a sus requisitos específicos.

Guide: Biological Buffer Preparation

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Discover how you can make your buffer preparation process easy and reliable.

Download the guide and get useful tips and hints to help improve the productivity of your preparation process, ensure quality standards and traceability for buffer solutions.

  • Step-by-step SOP user guidance and accessible buffer recipes directly on the balance screen improves workflows
  • Accurate weighing in compounds is vital for the quality of buffer solutions
  • Exact and reliable pH measurement is important for the correct preparation of buffers
  • Using and operating pipettes the correct way helps to ensure that pH buffer is properly adjusted
  • Automatic calculation, labeling and reporting ensure safe data transfer and data traceability 

Preparación de soluciones tampón: un procedimiento optimizado con una gestión integral de los datos

Preparación de soluciones tampón: un procedimiento optimizado con una gestión integral de los datos


La línea de balanzas de precisión Excellence de METTLER TOLEDO (XPR y XSR) y los phmetros SevenExcellence se pueden conectar a LabX, nuestro propio software de laboratorio, para crear un sistema completamente optimizado que aporte muy diversas ventajas fundamentales:

  • Cálculos y documentación automáticos
  • Guardado de todos los resultados en una bases de datos segura
  • Trazabilidad completa
  • Gestión centralizada de las tareas, los usuarios y los instrumentos

Respaldo con conformidad con la norma 21 CFR parte 11 de la FDA

LabX proporciona funciones integrales de gestión de datos, lo que prácticamente elimina la transcripción manual de datos: incluso las etiquetas detalladas se pueden imprimir de forma automática. Con una base de datos centralizada, todos los usuarios e instrumentos conectados pueden acceder a los mismos PNT almacenados de preparación de soluciones tampón. De este modo se asegura que todos los analistas preparen soluciones tampón con ajustes y parámetros idénticos. Todos los metadatos de los resultados y los procesos se guardan automáticamente en una base de datos protegida para asegurar una trazabilidad total.

Preparación de soluciones tampón: calibración con pHmetro

Cómo asegurarse de que el pHmetro esté calibrado correctamente

 

Para calibrar con exactitud su pHmetro, necesita una calibración exacta de soluciones tampón con un pH conocido. METTLER TOLEDO ofrece una amplia variedad de soluciones tampón del pH de calidad y asegura la máxima precisión con soluciones tampón NIST/DIN.

Cada solución tampón incluye un certificado de prueba que le ayudará a asegurar la conformidad y la trazabilidad. Tanto si solo necesita una solución tampón como si precisa de solución tampón técnica certificada por un organismo acreditado, tenemos las soluciones tampón para satisfacer sus necesidades.

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Preguntas frecuentes: preparación de soluciones tampón

Preguntas frecuentes: preguntas frecuentes sobre la preparación de soluciones tampón

 

Seleccione su pregunta

  1. ¿Qué es un analizador de humedad?
  2. ¿Cómo funciona un analizador de humedad?
  3. ¿Cuál es el mejor analizador de humedad para mi aplicación?
  4. ¿Qué aspectos debo tener en cuenta a la hora de seleccionar un analizador de humedad?
  5. ¿Por qué es importante la característica de la muestra a la hora de decidir qué analizador de humedad comprar?


 

1. ¿Cómo puedo hacer que el pesaje para la preparación de soluciones tampón sea más eficaz?

 

Con las balanzas XPR/XSR de METTLER TOLEDO, puede guardar sus propios métodos de pesaje específicos. En el caso de la preparación de soluciones tampón, esto se logra usando el método “Formulación simple con plantillas” de la balanza para almacenar cada componente de la solución tampón, con su peso e intervalo de tolerancias objetivo, en forma de receta en la balanza. Al iniciar el método, se le guía por cada paso del procedimiento. No se desperdicia tiempo consultando un recetario ni hay ninguna incertidumbre sobre la fase del procedimiento en la que está. Los resultados de pesaje se guardan automáticamente y se pueden imprimir al final para que pueda ahorrar una cantidad de tiempo considerable eliminando a mano la necesidad de registrar todos los resultados de pesaje.

 


 

2. ¿Cuál es la mejor balanza para la preparación de soluciones tampón?

La mejor balanza depende de los requisitos individuales. Necesita saber cuáles son las cantidades máximas y mínimas que desea pesar, así como la exactitud con la que necesita pesarlas (es decir, cuál es la tolerancia o el error admisible). METTLER TOLEDO ofrece un servicio gratuito que le ayuda a escoger la balanza adecuada para que pueda cumplir los requisitos de su aplicación. Basta con preguntar a su representante local para obtener una recomendación gratuita de balanzas. Ese mismo servicio también determina si la balanza actual cumple sus requisitos.

 


 

3. Durante la preparación de la solución tampón, hay muchísimos datos que registrar. ¿Cómo puedo evitar los errores? Necesito una solución que carezca de errores.

En primer lugar, debe conectar un lector de códigos de barras a la balanza. Esto le permitirá registrar electrónicamente los ID de muestra, los números de lote y de referencia, etc. En segundo lugar, debe conectar una impresora a la balanza. Con la línea de impresoras P-5x de METTLER TOLEDO, los metadatos y la fecha y hora se pueden imprimir automáticamente junto con los resultados al final del procedimiento de pesaje. Una opción alternativa consiste en conectar la balanza al software de laboratorio LabX, que le ofrece una gestión integral de los datos, incluidos informes personalizables que se pueden enviar directamente a su LIMS o ERP.

 


 

4. ¿Cómo asegurarme de que la lectura del pH de mi solución tampón es adecuada?

Es necesario calibrar de forma periódica y revisar de manera sistemática el pHmetro para tener una certeza segura sobre su exactitud. Consulte la guía e infórmese sobre la solución de METTER TOLEDO para calibrar con facilidad un pHmetro. Consulte también este vídeo: Calibración del pH: una práctica guía del procedimiento.

 


 

5. ¿Y si añado más de un ingrediente de lo necesario?

Si pesa accidentalmente una cantidad excesiva de un ingrediente, se pueden añadir más cantidades del otro en vez de descartar los materiales pesados hasta ese punto. Si calcula las cantidades manualmente, esto puede resultar complejo y el riesgo de errores es muy elevado. Además, debe ser consciente de que las cantidades adicionales necesarias podrían ser muy reducidas y su balanza podría no ser adecuada para ello. Podría necesitar una segunda balanza un mayor grado de exactitud y un menor peso mínimo. Si la balanza está conectada a LabX, LabX puede efectuar los recálculos posteriores necesarios por usted y hacer un seguimiento de su progreso en el procedimiento.