Guía para Hacer un Tampón de Fosfato Simple

En química, una solución tampón sirve para mantener un pH estable cuando se introduce una pequeña cantidad de ácido o base en una solución. Una solución tampón de fosfato es especialmente útil para aplicaciones biológicas, que son especialmente sensibles a los cambios de pH, ya que es posible preparar una solución cerca de cualquiera de los tres niveles de pH.

Los tres valores de pKa para el ácido fosfórico (del CRC Handbook of Chemistry and Physics) son 2,16, 7,21 y 12,32. El fosfato monosódico y su base conjugada, fosfato disódico, se usan habitualmente para generar tampones de valores de pH de alrededor de 7, para aplicaciones biológicas, como se muestra aquí.

• Nota: Recuerde que el pKa no se mide fácilmente a un valor exacto. Valores ligeramente diferentes pueden estar disponibles en la bibliografía de diferentes fuentes.

Hacer este tampón es un poco más complicado que hacer tampones TAE y TBE, pero el proceso no es difícil y debería tomar solo unos 10 minutos.

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Materiales

Para hacer su tampón de fosfato, necesitará los siguientes materiales:

• Fosfato monosódico
• Fosfato disódico.
• Ácido fosfórico o hidróxido de sodio (NaOH)
• Medidor de pH y sonda
• Matraz aforado
• Cilindros graduados
• Vasos de Precipitados
• Barras de agitación
• Placa calefactora agitadora

Qué Es una Constante Experimental?

Paso 1. Decidir sobre las Propiedades del búfer

Antes de hacer un tampón, primero debe saber qué molaridad desea que sea, qué volumen hacer y cuál es el pH deseado. La mayoría de los tampones funcionan mejor a concentraciones entre 0,1 M y 10 M. El pH debe estar dentro de 1 unidad de pH del pKa ácido / base conjugada. Para simplificar, este cálculo de muestra crea 1 litro de tampón.

Paso 2. Determinar la proporción de Ácido a Base

Use la ecuación de Henderson-Hasselbalch (HH) (a continuación) para determinar qué proporción de ácido a base se requiere para hacer un tampón del pH deseado. Use el valor de pKa más cercano a su pH deseado; la proporción se refiere al par conjugado ácido-base que corresponde a ese pKa.

10 Reacciones Químicas Sorprendentes

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

Para un tampón de pH 6,9, [Base] / [Acid] = 0.4898

Sustituto de [Acid] y Resolver para [Base]

La molaridad deseada del tampón es la suma de [Acid] + [Base].

Para un tampón de 1 M, [Base] + [Acid] = 1 y [Base] = 1 - [Acid]

Sustituyendo esto en la ecuación de razón, del paso 2, obtienes:

[Acid] = 0,6712 moles / L

Resolver para [Acid]

Usando la ecuación: [Base] = 1 - [Acid], puedes calcular eso:

[Base] = 0,3288 moles / L

Paso 3. Mezclar el Ácido y la Base Conjugada

Después de usar la ecuación de Henderson-Hasselbalch para calcular la proporción de ácido a base requerida para el tampón, prepare poco menos de 1 litro de solución con las cantidades correctas de fosfato monosódico y fosfato disódico.

Paso 4. Comprobar el pH

Use una sonda de pH para confirmar que se alcanza el pH correcto para el tampón. Ajuste ligeramente según sea necesario, usando ácido fosfórico o hidróxido de sodio (NaOH).

Paso 5. Corregir el Volumen

Una vez que se alcanza el pH deseado, llevar el volumen de tampón a 1 litro. A continuación, diluir el tampón como se desee. Este mismo tampón se puede diluir para crear tampones de 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M o cualquier cantidad intermedia.

Aquí hay dos ejemplos de cómo se puede calcular un tampón fosfato, como lo describe Clive Dennison, Departamento de Bioquímica de la Universidad de Natal, Sudáfrica.

Ejemplo n ° 1

El requisito es un tampón de fosfato de Na 0,1 M, pH 7,6.

En la ecuación de Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([salt] / [acid]), la sal es Na2HPO4 y el ácido es NaHzPO4. Un búfer es más efectivo en su pKa, que es el punto donde [salt] = [acid]. De la ecuación queda claro que si el [salt] & gt; [acid], el pH será mayor que el pKa, y si [salt] & lt; [acid], el pH será menor que el pKa. Por lo tanto, si tuviéramos que preparar una solución del ácido NaH2PO4, su pH será menor que el pKa y, por lo tanto, también será menor que el pH al que la solución funcionará como tampón. Para hacer un tampón a partir de esta solución, será necesario valorarlo con una base, a un pH más cercano al pKa. El NaOH es una base adecuada porque mantiene el sodio como catión:

NaH2PO4 + NaOH Na + Na2HPO4 + H20.

Una vez que la solución se ha valorado al pH correcto, se puede diluir (al menos en un pequeño intervalo, de modo que la desviación del comportamiento ideal sea pequeña) al volumen que dará la molaridad deseada. La ecuación HH establece que la relación de sal a ácido, en lugar de sus concentraciones absolutas, determina el pH. :

• En esta reacción, el único subproducto es agua.
• La molaridad del tampón se determina por la masa del ácido, NaH2PO4, que se pesa, y el volumen final al que se compone la solución. (Para este ejemplo se requerirían 15,60 g del dihidrato por litro de solución final.)
• La concentración del NaOH no es motivo de preocupación, por lo que se puede usar cualquier concentración arbitraria. Por supuesto, debe estar lo suficientemente concentrado para efectuar el cambio de pH requerido en el volumen disponible.
• La reacción implica que solo se requiere un simple cálculo de la molaridad y un solo pesaje: solo se necesita preparar una solución, y todo el material pesado se usa en el tampón, es decir, no hay desperdicio.

Obsérvese que no es correcto pesar la" sal " (Na2HPO4) en primer lugar, ya que esto da un subproducto no deseado. Si se prepara una solución de la sal, su pH estará por encima del pKa, y requerirá titulación con un ácido para reducir el pH. Si se usa HC1, la reacción será:

Na2HPO4 + HC1-- + NaH2PO4 + NaC1,

produciendo NaC1, de una concentración indeterminada, que no se desea en el tampón. A veces, por ejemplo, en una elución de gradiente de fuerza iónica de intercambio iónico, se requiere tener un gradiente de, digamos, [NaC1] superpuesto sobre el tampón. Se requieren entonces dos tampones, para las dos cámaras del generador de gradiente: el tampón de partida( es decir, el tampón de equilibrado, sin NaC1 añadido, o con la concentración de partida de NaC1) y el tampón de acabado, que es el mismo que el tampón de partida pero que contiene adicionalmente la concentración de acabado de NaC1. Al preparar el tampón de acabado, se deben tener en cuenta los efectos iónicos comunes (debidos al ion sodio).

Ejemplo como se señala en la revista Biochemical Education 16(4), 1988.

Ejemplo n ° 2

El requisito es un tampón de acabado en gradiente de fuerza iónica, tampón fosfato de na 0,1 M, pH 7,6, que contenga NaCl 1,0 M..

En este caso, el NaC1 se pesa y se compone junto con el NaHEPO4; los efectos iónicos comunes se tienen en cuenta en la valoración, y de este modo se evitan cálculos complejos. Para 1 litro de tampón, se disuelven NaH2PO4.2H20 (15,60 g) y NaC1 (58,44 g) en aproximadamente 950 ml de H20 destilada, se valora a pH 7,6 con una solución de NaOH bastante concentrada (pero de concentración arbitraria) y se completa hasta 1 litro.

Ejemplo como se señala en la revista Biochemical Education 16(4), 1988.