МЕТТЛЕР ТОЛЕДО рекомендует
  • кондуктометр
  • кабель
  • титратор
  • весы
  • электрод
Все категории
  • Все категории
  • Оборудование
  • Поддержка
  • Библиотека
  • Мероприятия и вебинары
  • Другое
Filter

Приготовление буферных растворов: расчеты и решение типичных проблем

Почему точность взвешивания так важна для качества буферного раствора?

Позвонить специалисту
Приготовление буферных растворов: расчеты и решение типичных проблем

Приготовление буферных растворов — распространенная процедура в химических и биохимических лабораториях. Буферный раствор — это смесь слабой кислоты и сопряженного с ней основания или слабого основания и сопряженной с ним кислоты. Буферные растворы позволяют поддерживать стабильный уровень pH другого раствора, смешанного с буферным. Если в раствор попадает небольшое количество другой кислоты или щелочи или они образуются в ходе химической реакции, буферный раствор не допустит изменения значения pH всего раствора. Поэтому буферы очень полезны в разных задачах, где требуется поддержание стабильного уровня pH. Другие названия буферных растворов — также pH-буферы, водород-ионные буферы или просто буферы.

Например, в крови человека содержатся естественные буферы для поддержания рН в диапазоне от 7,35 до 7,45 — именно при таком уровне могут нормально действовать энзимы. Поскольку активность энзимов зависит от pH, при проведении биохимических анализов необходимо поддержание этого параметра на постоянном уровне. Буферные растворы применяются в шампунях для предотвращения раздражения кожи, в детских лосьонах для противодействия росту бактерий, а также в растворах для контактных линз, чтобы уровень pH жидкости оставался совместимым с уровнем рН глаз.

Приготовление буферного раствора состоит из нескольких этапов: взвешивание компонентов, растворение компонентов, корректировка pH и дополнение до заданного объема. Поскольку итоговое значение pH в буфере зависит от соотношения кислоты и основания, чрезвычайно важно взвешивать компоненты с высокой точностью. Все используемое оборудование (весы, пипетки и рН-метр) должно быть правильно откалибровано и иметь достаточную точность. 

Buffer Preparation

Buffer Preparation

Видео: приготовление буферного раствора — простота, удобство и точность

Для приготовления буферного раствора нужны время и особая тщательность, иначе раствор не будет действовать так, как требуется. Если качество продукции или биохимических анализов зависит от качества буферных растворов, ошибки при приготовлении буферов недопустимы.

Посмотрите видео и узнайте, как можно сэкономить время и силы, если готовить буферные растворы с помощью технических весов и рН-метров МЕТТЛЕР ТОЛЕДО.


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

Как готовить буферные растворы? Стандартная процедура

Приготовление буферного раствора состоит из нескольких этапов: расчет концентрации и количества компонентов в соответствии с назначением и нужным объемом раствора; взвешивание компонентов; растворение компонентов; корректировка pH; дополнение до заданного объема; маркировка и документирование; использование раствора или его сохранение для применения в будущем.

  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

Нужна помощь?

Буферные растворы чрезвычайно важны для решения многих практических задач. Однако приготовление буферного раствора требует много времени и сил и должно производиться тщательно, чтобы избежать ошибок. Если вам нужна помощь в приготовлении буферных растворов или при подборе весов с требуемым уровнем точности, проконсультируйтесь с экспертами МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. В случае сомнений обратитесь к специалистам.

Сложности при приготовлении буферных растворов

Сложности при приготовлении буферных растворов

Хотя простейший буферный раствор состоит только из кислоты, основания и воды, лаборантам часто приходится готовить по несколько буферных растворов в день. Обычно буферы состоят из 2–5 компонентов, но иногда их количество достигает 20. В обычной лаборатории может быть более 20 рецептур, рассчитанных на приготовление одного литра буферного раствора.

Расчеты буферных растворов

Если в базе данных содержится несколько десятков рецептур для буферных растворов, лаборанту нужно сначала удостовериться, что рецептура выбрана правильно. Если нужный объем буферного раствора отличается от одного литра, необходимо пересчитать количество всех компонентов и записать в журнал новые значения. Ошибки в вычислениях или при записи новых значений могут привести к неправильному уровню pH в буферном растворе. При ручной системе записи данных риск ошибок выше.

Взвешивание и запись результатов взвешивания

При взвешивании компонентов буферного раствора необходимо строго следить за соответствием типа и количества компонентов. Фактическую массу всех компонентов нужно записывать в журнал. Если запись результатов выполняется вручную или вводом значений в компьютер, необходимо внимательно следить за отсутствием ошибок.

Возможно, придется использовать несколько весов в зависимости от требуемой массы компонентов буферного раствора и минимальной массы, с которой могут работать весы. Это усложняет процесс и снижает эффективность.

Правильная работа с рН-метрами

Проверка уровня pH буферного раствора чрезвычайно важна. Но если рН-метр не откалиброван и не поддерживается в надлежащем состоянии, измерения рН могут быть неточными. Использование буферного раствора с неправильным pH может серьезно повлиять на последующий анализ или качество продукта.

Документация

Полученный буферный раствор должен быть правильно промаркирован. На этикетке нужно указать все данные, необходимые для предотвращения ошибок. Важно знать срок годности, чтобы буферный раствор сохранял эффективность. Все данные, связанные с приготовлением буферного раствора, нужно внести в журнал. Эта информация должна храниться для справки и обеспечения прослеживаемости.

Точное приготовление буферных растворов

Специальное решение МЕТТЛЕР ТОЛЕДО для точного и удобного приготовления буферного раствора

Технические весы МЕТТЛЕР ТОЛЕДО XSR упрощают приготовление буферных растворов и значительно снижают нагрузку на лаборантов.

Хранение рецептур

Непосредственно на весах можно хранить до 50 рецептур буферных растворов в виде методов взвешивания. Сохранив на весах наиболее часто используемые рецептуры буферных растворов, можно быстро найти нужный метод и начать работу. Весы выдают пошаговые инструкции, поэтому лаборантам легко следить за тем, на каком этапе приготовления буферного раствора они находятся.

Автоматические расчеты и подсказки по взвешиванию

При запуске метода вводится требуемый объем буферного раствора, и массы компонентов рассчитываются автоматически. В ходе взвешивания компонентов на индикаторе SmartTrac графически отображается соответствие фактической массы целевому значению. Цветная полоска становится зеленой, как только масса добавляемого компонента войдет в заданный диапазон допусков. Это позволяет специалистам быстрее и точнее дозировать компоненты.

Эффективные процессы и автоматическая регистрация данных

После добавления каждого компонента весы регистрируют фактический результат взвешивания, а затем выполняют автоматическое тарирование. Записывать результаты вручную не нужно, поэтому эффективность работы повышается. Весы можно настроить на автоматическую печать результатов взвешивания после добавления всех компонентов.

Удобное измерение pH

pH-метры SevenExcellence МЕТТЛЕР ТОЛЕДО — лучший выбор для точного измерения pH. В этих удобных приборах с сенсорным управлением предусмотрена возможность прямого измерения одним нажатием кнопки и реализована технология цифрового управления датчиками (ISM).

Точность измерения рН определяется качеством буферных растворов, используемых для калибровки. МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предлагает большой выбор калибровочных буферных растворов высокого качества для самых разных задач.

Guide: Biological Buffer Preparation

Guide: Biological Buffer Preparation

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 

Приготовление буферных растворов: оптимизированный рабочий процесс с комплексным управлением данными

Приготовление буферных растворов: оптимизированный рабочий процесс с комплексным управлением данными


Технические весы МЕТТЛЕР ТОЛЕДО Excellence (XPR и XSR) и pH-метры SevenExcellence можно подключить к фирменному лабораторному ПО LabX и создать полностью оптимизированную систему, обладающую рядом важных преимуществ:

  • Автоматические расчеты и документирование
  • Все результаты сохраняются в защищенной базе данных.
  • Полная прослеживаемость
  • Централизованное управление задачами, пользователями и приборами.

Соответствие требованиям части 11 раздела 21 CFR (Свода федеральных постановлений США)

LabX обеспечивает полное управление данными, практически исключая их ручную регистрацию. В автоматическом режиме можно даже печатать этикетки с подробной информацией. Благодаря централизованной базе данных все подключенные пользователи и приборы имеют доступ к одним и тем же сохраненным СОП для приготовления буферных растворов. Таким образом, все лаборанты будут выполнять приготовление буферных растворов с одними и теми же настройками и параметрами. Все результаты и метаданные процесса автоматически сохраняются в защищенной базе данных, что обеспечивает полную прослеживаемость.

Приготовление буферных растворов: калибровка pH-метров

Как обеспечить правильную калибровку pH-метра

 

Для точной калибровки рН-метра нужны качественные калибровочные буферные растворы с известным уровнем рН. МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предлагает ряд качественных буферных растворов, в том числе максимально точные растворы, соответствующие требованиям NIST/DIN.

Буферные растворы поставляются с сертификатами испытаний, которые помогут обеспечить соответствие нормативным требованиям и прослеживаемость. В ассортименте МЕТТЛЕР ТОЛЕДО найдутся буферные растворы для любых задач — как технические буферы, так и растворы, сертифицированные аккредитованными организациями.

Публикации

Публикации
Взвешивайте правильно
Руководство «Взвешивайте правильно»
Это руководство поможет вам понять, какие факторы влияют на точность взвешивания, как избежать основных ошибок при работе с лабораторными весами и пол...
Руководство по базовым навыкам работы в лаборатории
Руководство «Основные методики измерений в лаборатории»
Руководство по базовым навыкам работы в лаборатории поможет выявить и устранить вероятные источники ошибок, чтобы повысить эффективность работы лабора...
Brochure: Buffer Preparation Supported by LabX, Balance and pH Meter
Brochure: Buffer Preparation Supported by LabX, Balance and pH Meter
Optimize your buffer preparation workflow by reducing mistakes and improving efficiency of every work step.
Руководство «Принципы измерения pH»
Краткое руководство по измерению рН
Прочтите краткое руководство по измерению pH и узнайте, как с самого начала избежать ошибок при проведении измерений. Изучите основную информацию по к...
Руководство «Теоретические основы измерения pH»
Руководство по измерению pH
Получите руководство по измерению рН и узнайте, почему точность и достоверность измерения рН зависят от надежности прибора и электродов. Правильный вы...

Другие продукты

METTLER TOLEDO Precision Balances

Precision Balances and Scales

Our highly versatile precision balances, offer capacity up to 64 kg and readability from 1 mg, for accurate, reliable weighing results in the laboratory and in manufacturing.
Лабораторное программное обеспечение LabX

Лабораторное программное обеспечение LabX

Лабораторное ПО LabX™ объединяет основные лабораторные приборы МЕТТЛЕР ТОЛЕДО в единую сеть, обеспечивая бесперебойную работу и эффективность рабочих процессов.
SevenExcellence™ pH Meters

SevenExcellence pH Meters

The SevenExcellence™ meters line is designed for the reliable and precise measurements of pH, mV/ORP, ion concentration, and conductivity.
Буферный раствор pH

Буферный раствор pH

Прослеживаемые технические, сертифицированные и аккредитованные NIST/DIN буферные растворы pH обеспечивают точность калибровки и доступны во флаконах и одноразовых пакетиках.

Часто задаваемые вопросы о приготовлении буферных растворов

Часто задаваемые вопросы о приготовлении буферных растворов

 

Выберите вопрос:

  1. Что такое анализатор влажности?
  2. Как работает анализатор влажности?
  3. Какой анализатор влажности лучше всего подойдет для моих задач?
  4. Что необходимо учитывать при выборе анализатора влажности?
  5. Почему при выборе анализатора влажности важно учитывать тип образца?


 

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.