Приготовление буферных растворов: расчеты и решение типичных проблем
 
Меню

Приготовление буферных растворов

Почему точность взвешивания так важна для качества буферного раствора?

Приготовление буферных растворов: расчеты и решение типичных проблем

Buffer Preparation

Buffer Preparation


Перейдите в один из следующих разделов, чтобы узнать больше:

  1. Как готовить буферные растворы? Стандартная процедура.
  2. Секреты работы с буферными растворами
    1. Как действуют буферные растворы?
    2. Разновидности буферных растворов
    3. На что следует обращать внимание при приготовлении буферного раствора
    4. Преимущества универсальных буферных растворов
    5. Дополнительные советы по приготовлению и использованию буферных растворов
  3. Запросить консультацию по процедурам приготовления буферных растворов
  4. Сложности при приготовлении буферных растворов
  5. Специальное решение МЕТТЛЕР ТОЛЕДО для точного и удобного приготовления буферного раствора
  6. Руководство по эффективному взвешиванию
  7. Приготовление буферных растворов: оптимизированный рабочий процесс с комплексным управлением данными
  8. Как обеспечить правильную калибровку pH-метра
  9. Часто задаваемые вопросы о приготовлении буферных растворов

Приготовление буферного раствора при работе с рецептурами
  1. Выберите рецептуру из базы данных.
  2. Рассчитайте количество компонентов, указанных в рецептуре, в соответствии с требуемым объемом буферного раствора.
  3. Взвесьте компоненты и поместите их в сосуд.
  4. Растворите компоненты в подходящем растворителе (обычно в воде).
  5. С помощью рН-метра проверьте и скорректируйте значение pH.
  6. Долейте раствор до необходимого объема.
  7. Переместите раствор в бутыль для хранения и нанесите на нее соответствующую маркировку.
  8. Задокументируйте результаты.

Как действуют буферные растворы?

Буферный раствор — это раствор, сохраняющий свой показатель pH при добавлении небольшого количества кислоты или основания. Буферный раствор состоит из слабой кислоты и сопряженного с ней основания. Постоянный уровень pH в буферном растворе поддерживается благодаря поглощению протонов, которые высвобождаются в ходе реакции, или высвобождению протонов, если в ходе реакции они поглощаются. К созданию буферных растворов привело открытие того, что частично нейтрализованные растворы слабых кислот или оснований не меняют pH при добавлении к ним небольшого количества сильной кислоты или основания.
 

Сопряженное основание — это кислота, потерявшая протон.
HA  ↔  H+ + A-
Кислота  ↔  протон + сопряженное основание
 

Сопряженная кислота — это основание, которое приобрело протон.
A + H+  ↔  H+A
Основание + протон  ↔  сопряженная кислота
 

Так устанавливается равновесие между диссоциированной и недиссоциированной формами.
Например, слабая уксусная кислота частично диссоциирует в воде, образуя ацетат-ион:
CH3COOH  ↔  H+ + CH3COO-.
Недиссоциированная уксусная кислота, ионы водорода и диссоциированный ион находятся в растворе в равновесии.
 

Ацетат натрия также диссоциирует в воде с образованием такого же ацетат-иона:
CH3COONa  ↔  Na+ + CH3COO-.
Недиссоциированный ацетат натрия, а также ионы натрия и ацетата находятся в растворе в равновесии.
 

Водный раствор смеси уксусной кислоты и ацетата натрия поэтому может поглощать ионы H+, добавляемые с кислотой, присоединяя ионы водорода к ацетатному основанию и образуя уксусную кислоту. Когда же в раствор попадают ионы OH- из-за добавления щелочи, они соединяются с молекулами кислоты (H+) и образуют воду. Таким образом система пытается восстановить равновесие, и pH раствора остается на одном уровне. Так проявляется буферное действие раствора.
 

Что происходит после добавления кислоты в буферный раствор?

Когда к равновесной смеси слабой кислоты и ее сопряженного основания добавляется сильная кислота (с большим количеством H+), точка равновесия смещается влево в соответствии с принципом Ле Шателье.
 

Что происходит после добавления основания в буферный раствор?

Аналогичным образом, если в смесь добавляется сильное основание, то концентрация ионов водорода снижается меньше, чем ожидалось с учетом количества добавляемого основания. Это происходит потому, что точка равновесия смещается вправо, чтобы компенсировать потерю H+ в реакции с основанием.

Buffer Preparation Formula

Разновидности буферных растворов

Буферные растворы, состоящие из слабой кислоты и ее сопряженного основания, считаются кислыми и имеют рН < 7. Буферный раствор из уксусной кислоты (слабая кислота) и ацетата натрия (сопряженное основание) является кислым буферным раствором и имеет рН около 4,75.
Буферные растворы, состоящие из слабого основания и его сопряженной кислоты, считаются щелочными и имеют рН > 7. Примером щелочного буфера может служить водный раствор гидроксида аммония (слабое основание) и хлорида аммония (сопряженная кислота), имеющий рН 9,25.
 

На что следует обращать внимание при приготовлении буферного раствора

Буферы работают наиболее эффективно, если их pH примерно равен pH исследуемой системы или раствора. При изучении энзимов в биологии человека необходима система, соответствующая pH крови (7,35–7,45), в противном случае энзимы будут функционировать неправильно. Если у буферной системы pH выходит за пределы требуемого диапазона, это также отрицательно повлияет на анализ.
 

Поэтому необходимо знать, как приготовить буферные растворы с заданным pH. Это можно сделать несколькими способами:

  • Корректировка pH
    Сначала кристаллическая кислота или основание растворяется в объеме воды, равном примерно 60–70 % от требуемого конечного объема буферного раствора. Показатель pH проверяется, а затем корректируется. Если используется кристаллическая кислота, то для коррекции pH применяют основание, не выделяющее ионы, способные нарушить параметры исследуемой системы. Если используется кристаллическое основание, то рН корректируется с помощью подходящей кислоты. После достижения требуемого pH в буферный раствор можно долить воду, чтобы получить нужный объем.

  • Смешивание с раствором кислоты или основания
    В этом методе раствор кислоты или основания смешивается с раствором соответствующей соли. Концентрация исходных растворов должна быть такой же, как и у целевого буфера. Соотношения смешиваемых растворов можно менять, чтобы получить различные значения pH итогового буфера. Можно также следить за изменением рН при добавлении одного раствора к другому.

  • Уравнение Гендерсона — Гассельбаха.
    Оценить pH буферного раствора можно по уравнению Гендерсона — Гассельбаха с помощью константы диссоциации pKa. Если слабая кислота (HA), находящаяся в растворе, диссоциирует на ионы водорода (H+) и достигает равновесия с сопряженным основанием (A-), константа диссоциации покажет силу кислоты в этой точке равновесия. Уравнение Гендерсона — Гассельбаха выглядит следующим образом: 
  • Buffer Preparation - second formula

    где pKa — константа диссоциации слабой кислоты;
    [A-] — концентрация сопряженного основания в точке равновесия;
    [HA] — концентрация кислоты в точке равновесия.

    Если в точке равновесия концентрации сопряженного основания и кислоты одинаковы, то pH равно константе диссоциации. В этой точке буферный раствор обладает максимальной буферной емкостью.
    Уравнение Гендерсона — Гассельбаха также используется для определения константы диссоциации слабых кислот посредством прямых измерений pH.
     

Преимущества универсальных буферных растворов
Универсальные буферные растворы состоят из нескольких комбинаций кислотно-основных пар. Это позволяет использовать универсальные буферные растворы для поддержания уровня pH раствора в более широком диапазоне и, следовательно, в более широком круге задач.

Дополнительные советы по приготовлению и использованию буферных растворов
 

  • Разработайте стандартную операционную процедуру.
    Полезно задокументировать процедуру приготовления буферного раствора и следить за ее соблюдением всеми сотрудниками. Это обеспечит стабильность и воспроизводимость. В СОП должны быть указаны подробные данные об используемых материалах и точно описаны действия по добавлению компонентов и измерению pH. В СОП можно также включить многие из приведенных далее рекомендаций.
     
  • Используйте средства индивидуальной защиты.
    Необходимо использовать соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), например защитные очки и одежду, особенно при работе с сильными кислотами или основаниями.
     
  • Проверяйте наличие микробиологических загрязнений (особенно при работе с биологическими препаратами).
    Перед использованием буферного раствора проверьте емкость на предмет микробиологических загрязнений. Микробиологические загрязнения особенно часто появляются в буферных растворах с рН, близким к нейтральному. Видимые признаки — некоторое помутнение раствора или осадок на дне.
     
  • Правильно работайте с pH-метром.
    Чтобы измерения pH были точными, pH-метры нужно регулярно калибровать и поддерживать в рабочем состоянии. Перед использованием электрод должен быть надлежащим образом подготовлен и заправлен достаточным количеством буферного раствора, чтобы диафрагма электрода была полностью в него погружена. Прежде чем снимать показания, обязательно дождитесь стабилизации значения pH, а после измерения промойте электрод дистиллированной водой. Проводите измерения рН-метром только при комнатной температуре или используйте электрод со встроенным датчиком температуры.
     
  • Учитывайте температуру.
    Диссоциация может зависеть от температуры. Буферный раствор необходимо готовить при той же температуре, при которой будет проходить анализ. Убедитесь также, что электрод был откалиброван при той же температуре, при которой проводятся измерения.
     
  • Следите за концентрацией.
    Буферные растворы часто разбавляют до концентрации, которая требуется для выполнения анализа. Однако изменение концентрации может повлиять на уровень диссоциации. Поскольку pH отражает концентрацию ионов водорода (H+), изменение уровня диссоциации может привести к изменению pH. После разбавления уровень рН буферного раствора следует проверить еще раз.

Специалист по приготовлению буферных растворов

Сложности при приготовлении буферных растворов

Точное приготовление буферных растворов

Руководство по эффективному взвешиванию

Приготовление буферных растворов: оптимизированный рабочий процесс с комплексным управлением данными

Приготовление буферных растворов: калибровка pH-метров

Публикации

Публикации

Другие продукты

Часто задаваемые вопросы о приготовлении буферных растворов


 

1. Как повысить эффективность взвешивания при приготовлении буферных растворов?

 

Пользователи могут сохранять собственные методы взвешивания на весах МЕТТЛЕР ТОЛЕДО XPR/XSR. Для приготовления буферных растворов подходит метод «Простое взвешивание по рецептурам с шаблоном». На весах в виде рецептуры хранятся данные о всех компонентах раствора с заданной массой и интервалом допуска. После запуска метода весы будут выдавать указания по каждому этапу процедуры. Не нужно постоянно сверяться с рецептурой, а этапы процедуры невозможно перепутать. Результаты взвешивания сохраняются автоматически и в конце могут быть распечатаны. Можно сэкономить время, избавившись от необходимости записывать все результаты взвешивания вручную.


 

2. Какие весы лучше всего подходят для приготовления буферных растворов?

Выбор весов зависит от индивидуальных требований. Нужно знать минимальную и максимальную массу взвешиваемых компонентов, а также требуемую точность взвешивания (допуски или допустимые погрешности). МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предлагает бесплатную услугу по подбору весов с учетом специфики применения. Бесплатную рекомендацию по весам можно получить у местного представителя МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. В рамках этой же услуги можно определить, соответствуют ли требованиям имеющиеся весы.


 

3. При приготовлении буферного раствора нужно записывать очень много данных. Как избежать ошибок? Нужно найти безошибочное решение.

Прежде всего подключите к весам сканер штрихкодов. Это позволит в электронном виде регистрировать идентификаторы образцов, номера партий, номера заказов и т. д. Во-вторых, подключите к весам принтер. В конце процедуры взвешивания принтеры МЕТТЛЕР ТОЛЕДО P-5x могут автоматически распечатывать результаты, метаданные, а также дату и время. Другой вариант — подключить весы к лабораторному программному обеспечению LabX, которое обеспечивает комплексное управление данными, включая создание настраиваемых отчетов, которые можно отправлять прямо в системы LIMS или ERP.


 

4. Как обеспечить надежность при измерении pH буферного раствора?

Показания рН-метра будут точными, если прибор регулярно проходит калибровку и проверку. Ознакомьтесь с руководством МЕТТЛЕР ТОЛЕДО и решениями для калибровки рН-метров. Посмотрите видео «Калибровка pH-метров — удобное руководство».


 

5. Что делать, если компонент был добавлен в большем объеме, чем нужно?

Если вы случайно добавили слишком большое количество какого-то компонента, необязательно выбрасывать всю смесь. Можно добавить к ней дополнительное количество других компонентов. Но при ручном расчете объемов это может быть непросто, и риск ошибок высок. Не исключено также, что потребуется добавить очень небольшое количество вещества, и имеющиеся весы не подойдут для его взвешивания. Могут потребоваться вторые весы с более высокой точностью и меньшей минимальной массой. Если весы подключены к LabX, то ПО сможет выполнить все необходимые перерасчеты и проследить за ходом процедуры.


 

Thank you for visiting www.mt.com. We have tried to optimize your experience while on the site, but we noticed that you are using an older version of a web browser. We would like to let you know that some features on the site may not be available or may not work as nicely as they would on a newer browser version. If you would like to take full advantage of the site, please update your web browser to help improve your experience while browsing www.mt.com.