Guide de fabrication d'un tampon de phosphate simple

En chimie, un tamponSolution sert à maintenir un pH stable lorsqu'une petite quantité d'acide ou de base est introduite dans une solution. Une solution tampon phosphate est particulièrement utile pour les applications biologiques, qui sont particulièrement sensibles aux changements de pH, car il est possible de préparer une solution à proximité de n'importe lequel des trois niveaux de pH.

Les trois valeurs de pKa pour l'acide phosphorique (de la CRC Handbook of Chemistry and Physics) sont 2,16, 7,21 et 12,32. Le phosphate monosodique et sa base conjuguée, le phosphate disodique, sont généralement utilisés pour générer des tampons de pH autour de 7, pour des applications biologiques, comme indiqué ici.

• Remarque: N'oubliez pas que le pKa n'est pas facilement mesuré à une valeur exacte. Des valeurs légèrement différentes peuvent être disponibles dans la littérature à partir de différentes sources.

Faire ce tampon est un peu plus compliqué que faire des tampons TAE et TBE, mais le processus n'est pas difficile et ne devrait prendre que 10 minutes environ.

Pour fabriquer votre tampon phosphate, vous aurez besoin des matériaux suivants:

• Phosphate monosodique
• Phosphate disodique.
• Acide phosphorique ou hydroxyde de sodium (NaOH)
• pH-mètre et sonde
• Fiole jaugée
• Cylindres gradués
• Béchers
• Barres d'agitation
• Plaque chauffante

Avant de faire un tampon, vous devez d'abord savoir quelle molarité vous voulez qu'il soit, quel volume faire et quel est le pH souhaité. La plupart des tampons fonctionnent mieux à des concentrations comprises entre 0,1 M et 10 M. Le pH doit être à moins de 1 unité de pH de la base acide / conjugué pKa. Pour simplifier, cet exemple de calcul crée 1 litre de tampon.

Utilisez l'équation de Henderson-Hasselbalch (HH) (ci-dessous) pour déterminer le rapport acide / base nécessaire pour fabriquer un tampon du pH souhaité. Utilisez la valeur de pKa la plus proche de votre pH souhaité; le rapport se réfère à la paire conjugué acide-base qui correspond à ce pKa.

Équation HH: pH = pKa + log ([Base] / [Acide])

Pour un tampon de pH 6,9, [Base] / [Acide] = 0,4889

Substitut pour [Acide] et solution pour [Base]

La molarité souhaitée du tampon est la somme de [Acide] + [Base].

Pour un tampon 1 M, [Base] + [Acide] = 1 et [Base] = 1 - [Acide]

En substituant cela dans l'équation du rapport, à partir de l'étape 2, vous obtenez:

[Acide] = 0,6712 mole / L

Résoudre pour [Acide]

En utilisant l'équation: [Base] = 1 - [Acide], vous pouvez calculer que:

[Base] = 0,3282 moles / L

Après avoir utilisé le Henderson-Hasselbalch équation pour calculer le rapport acide / base requis pour votre tampon, préparez un peu moins d'un litre de solution en utilisant les quantités correctes de phosphate monosodique et de phosphate disodique.

Utilisez une sonde de pH pour confirmer que le pH correct pour le tampon est atteint. Ajuster légèrement au besoin, en utilisant de l'acide phosphorique ou de l'hydroxyde de sodium (NaOH).

Une fois le pH souhaité atteint, porter le volume de tampon à 1 litre. Diluez ensuite le tampon comme vous le souhaitez. Ce même tampon peut être dilué pour créer des tampons de 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M ou quoi que ce soit entre les deux.

Voici deux exemples de la façon dont un tampon phosphate peut être calculé, comme décrit par Clive Dennison, Département de biochimie de l'Université de Natal, Afrique du Sud.

Le besoin est pour un tampon Na-phosphate 0,1 M, pH 7,6.

Dans l'équation de Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([sel] / [acide]), le sel est Na2HPO4 et l'acide est NaHzPO4. Un tampon est plus efficace à son pKa, qui est le point où [sel] = [acide]. D'après l'équation, il est clair que si le [sel]> [l'acide], le pH sera supérieur au pKa, et si [le sel]

NaH2PO4 + NaOH - + Na2HPO4 + H20.

Une fois que la solution a été titrée au pH correct, elle peut être diluée (au moins sur une petite gamme, de sorte que l'écart par rapport au comportement idéal est faible) au volume qui donnera le molarité. L'équation HH indique que le rapport du sel à l'acide, plutôt que leurs concentrations absolues, détermine le pH. Notez que:

• Dans cette réaction, le seul sous-produit est l'eau.
• La molarité du tampon est déterminée par la masse de l'acide, NaH2PO4, qui est pesé, et le volume final auquel la solution est constituée. (Pour cet exemple, 15,60 g de dihydrate seraient nécessaires par litre de solution finale.)
• La concentration de NaOH n'est pas un problème, donc toute concentration arbitraire peut être utilisée. Il doit, bien entendu, être suffisamment concentré pour effectuer le changement de pH requis dans le volume disponible.
• La réaction implique que seul un simple calcul de molarité et une seule pesée sont nécessaires: un seul solution doit être préparée et tout le matériel pesé est utilisé dans le tampon, c'est-à-dire qu'il n'y a pas déchets.

Notez qu'il n'est pas correct de peser le "sel" (Na2HPO4) en premier lieu, car cela donne un sous-produit indésirable. Si une solution du sel est constituée, son pH sera supérieur au pKa, et il faudra titrer avec un acide pour abaisser le pH. Si HC1 est utilisé, la réaction sera:

Na2HPO4 + HC1 - + NaH2PO4 + NaC1,

donnant NaC1, d'une concentration indéterminée, ce qui n'est pas souhaité dans le tampon. Parfois - par exemple, dans une élution de gradient de force ionique échangeuse d'ions - il est nécessaire d'avoir un gradient de, disons, [NaC1] superposé au tampon. Deux tampons sont alors nécessaires, pour les deux chambres du générateur de gradient: le tampon de départ (c'est-à-dire le tampon d'équilibration, sans NaC1 ajouté, ou avec le concentration initiale de NaCl) et le tampon de finition, qui est le même que le tampon de départ mais qui contient en plus la concentration finale de NaCl. Lors de la constitution du tampon de finition, les effets ioniques communs (dus à l'ion sodium) doivent être pris en compte.

Exemple tel que noté dans la revue Biochemical Education16(4), 1988.

Le besoin est pour un tampon de finition à gradient de force ionique, 0,1 M de tampon phosphate de Na, pH 7,6, contenant 1,0 M de NaCl.

Dans ce cas, le NaCl est pesé et reconstitué avec le NaHEPO4; les effets ioniques communs sont pris en compte dans le titrage, et les calculs complexes sont ainsi évités. Pour 1 litre de tampon, NaH2PO4.2H20 (15.60 g) et NaC1 (58.44 g) sont dissous dans environ 950 ml de H20 distillé, titré à pH 7,6 avec une solution de NaOH assez concentrée (mais de concentration arbitraire) et constitué à 1 litre.

Exemple tel que noté dans la revue Biochemical Education16(4), 1988.