Buferu pH kalkulators

Ievads

Buferu pH kalkulators ir būtisks rīks ķīmiķiem, bioķīmiķiem un studentiem, kas strādā ar buferu šķīdumiem. Šis kalkulators izmanto Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu, lai noteiktu bufera šķīduma pH, pamatojoties uz vājā skābes un tās konjugētās bāzes koncentrācijām. Buferu šķīdumi ir svarīgi laboratoriju apstākļos, bioloģiskajos sistemas un rūpnieciskajos procesos, kur stabila pH uzturēšana ir nepieciešama. Mūsu lietotājam draudzīgais kalkulators vienkāršo sarežģītās aprēķinu procedūras, kas saistītas ar bufera pH noteikšanu, ļaujot ātri un precīzi iegūt rezultātus bez manuālās aprēķināšanas.

Kas ir buferu šķīdums?

Buferu šķīdums ir maisījums, kas pretojas pH izmaiņām, kad tam pievieno nelielas skābes vai bāzes devas. Tas parasti sastāv no vājās skābes un tās konjugētās bāzes (vai vājās bāzes un tās konjugētās skābes) ievērojamās koncentrācijās. Šī kombinācija ļauj šķīdumam neitralizēt nelielas skābes vai bāzes pievienojumus, saglabājot relatīvi stabilu pH.

Buferu šķīdumi darbojas saskaņā ar Le Šatēliera principu, kas nosaka, ka, kad līdzsvara sistēma tiek traucēta, līdzsvars pārvietojas, lai pretotos traucējumam. Buferu šķīdumos:

Kad tiek pievienotas nelielas skābes (H⁺), konjugētā bāze reaģē ar šīm ūdeņraža jonām, minimizējot pH izmaiņas
Kad tiek pievienotas nelielas bāzes (OH⁻), vājā skābe nodrošina ūdeņraža jonus, lai neitralizētu hidroksīda jonus

Bufera šķīduma efektivitāte ir atkarīga no:

Konjugētās bāzes un vājās skābes attiecības
Komponentu absolūtajām koncentrācijām
Vājās skābes pKa
Vēlamā pH diapazona (buferi vislabāk darbojas, kad pH ≈ pKa ± 1)

pH = pKa + log([A⁻]/[HA])

HA (skābe) A⁻ (konjugētā bāze) pH skala Skābs Sārmaina pKa

Leģenda: Skābe (HA) Konjugētā bāze (A⁻)

Hendersona-Hasselbalcha vienādojums

Hendersona-Hasselbalcha vienādojums ir matemātiskā pamata pamatā buferu šķīdumu pH aprēķināšanai. Tas saista bufera pH ar vājās skābes pKa un konjugētās bāzes un skābes koncentrāciju attiecību:

$\text{pH} = \text{pKa} + \log\left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\right)$

Kur:

pH ir ūdeņraža jonu koncentrācijas negatīvā logaritma vērtība
pKa ir skābes disociācijas konstantes negatīvais logaritms
[A⁻] ir konjugētās bāzes molārā koncentrācija
[HA] ir vājās skābes molārā koncentrācija

Šis vienādojums ir atvasināts no skābes disociācijas līdzsvara:

$\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-$

Skābes disociācijas konstante (Ka) ir definēta kā:

$\text{Ka} = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$

Paņemot abu pušu negatīvo logaritmu un pārkārtojot:

$\text{pH} = \text{pKa} + \log\left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\right)$

Mūsu kalkulatorā mēs izmantojam pKa vērtību 7.21, kas atbilst fosfātu buferu sistēmai (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻) 25°C, vienai no visbiežāk izmantotajām buferu sistēmām bioķīmijā un laboratoriju apstākļos.

Buferu kapacitātes aprēķins

Buferu kapacitāte (β) kvantificē buferu šķīduma pretestību pH izmaiņām, kad tiek pievienotas skābes vai bāzes. Tā ir maksimāla, kad pH ir vienāds ar vājās skābes pKa. Buferu kapacitāti var aprēķināt, izmantojot:

$\beta = \frac{2.303 \times C \times K_a \times [H^+]}{(K_a + [H^+])^2}$

Kur:

β ir buferu kapacitāte
C ir buferu komponentu kopējā koncentrācija ([HA] + [A⁻])
Ka ir skābes disociācijas konstante
[H⁺] ir ūdeņraža jonu koncentrācija

Praktiskam piemēram, ņemsim mūsu fosfātu buferi ar [HA] = 0.1 M un [A⁻] = 0.2 M:

Kopējā koncentrācija C = 0.1 + 0.2 = 0.3 M
Ka = 10⁻⁷·²¹ = 6.17 × 10⁻⁸
Pie pH 7.51, [H⁺] = 10⁻⁷·⁵¹ = 3.09 × 10⁻⁸

Aizvietojot šīs vērtības: β = (2.303 × 0.3 × 6.17 × 10⁻⁸ × 3.09 × 10⁻⁸) ÷ (6.17 × 10⁻⁸ + 3.09 × 10⁻⁸)² = 0.069 mol/L/pH

Tas nozīmē, ka pievienojot 0.069 moles stipras skābes vai bāzes uz litru, pH mainīsies par 1 vienību.

Kā izmantot buferu pH kalkulatoru

Mūsu Buferu pH kalkulators ir izstrādāts, lai būtu vienkāršs un viegli lietojams. Izpildiet šos soļus, lai aprēķinātu jūsu buferu šķīduma pH:

Ievadiet skābes koncentrāciju pirmajā ievades laukā (molāra vienība, M)
Ievadiet konjugētās bāzes koncentrāciju otrajā ievades laukā (molāra vienība, M)
Pēc izvēles ievadiet pielāgotu pKa vērtību, ja strādājat ar buferu sistēmu, kas atšķiras no fosfātu (noklusējuma pKa = 7.21)
Noklikšķiniet uz "Aprēķināt pH" pogas, lai veiktu aprēķinu
Skatiet rezultātu, kas tiek rādīts rezultātu sadaļā

Kalkulators parādīs:

Aprēķināto pH vērtību
Hendersona-Hasselbalcha vienādojuma vizualizāciju ar jūsu ievades vērtībām

Ja vēlaties veikt citu aprēķinu, varat:

Noklikšķināt uz "Notīrīt" pogas, lai atiestatītu visus laukus
Vienkārši mainīt ievades vērtības un vēlreiz noklikšķināt uz "Aprēķināt pH"

Ievades prasības

Lai iegūtu precīzus rezultātus, pārliecinieties, ka:

Abas koncentrācijas vērtības ir pozitīvi skaitļi
Koncentrācijas ir ievadītas molārajās vienībās (mol/L)
Vērtības ir saprātīgās robežās laboratorijas apstākļiem (parasti 0.001 M līdz 1 M)
Ja ievadāt pielāgotu pKa, izmantojiet vērtību, kas atbilst jūsu buferu sistēmai

Kļūdu apstrāde

Kalkulators parādīs kļūdu ziņojumus, ja:

Jebkurš ievades lauks ir atstāts tukšs
Ievadītas negatīvas vērtības
Ievadītas ne-numeriskas vērtības
Aprēķinu kļūdas rodas ekstremālo vērtību dēļ

Soli pa solim aprēķina piemērs

Apskatīsim pilnīgu piemēru, lai demonstrētu, kā darbojas buferu pH kalkulators:

Piemērs: Aprēķiniet fosfātu buferu šķīduma pH, kas satur 0.1 M dihidrogēnfosfātu (H₂PO₄⁻, skābes forma) un 0.2 M hidrogēnfosfātu (HPO₄²⁻, konjugētās bāzes forma).

Identificējiet komponentus:
- Skābes koncentrācija [HA] = 0.1 M
- Konjugētās bāzes koncentrācija [A⁻] = 0.2 M
- pKa H₂PO₄⁻ = 7.21 pie 25°C
Pielietojiet Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu:
- pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
- pH = 7.21 + log(0.2/0.1)
- pH = 7.21 + log(2)
- pH = 7.21 + 0.301
- pH = 7.51
Interpretējiet rezultātu:
- Šī buferu šķīduma pH ir 7.51, kas ir nedaudz sārmaina
- Šis pH ir fosfātu bufera efektīvajā diapazonā (aptuveni 6.2-8.2)

Buferu pH aprēķinu lietošanas gadījumi

Buferu pH aprēķini ir būtiski daudziem zinātniskiem un rūpnieciskiem pielietojumiem:

Laboratoriju pētījumi

Bioķīmiskās analīzes: Daudziem enzīmiem un olbaltumvielām optimāli funkcionē noteiktos pH līmeņos. Buferi nodrošina stabilus apstākļus precīziem eksperimentāliem rezultātiem.
DNS un RNS pētījumi: Nukleīnskābju ekstrakcija, PCR un sekvencēšana prasa precīzu pH kontroli.
Šūnu kultūra: Fizioloģiskā pH (apmēram 7.4) uzturēšana ir būtiska šūnu dzīvotspējai un funkcijai.

Farmaceitiskā attīstība

Zāļu formulācija: Buferu sistēmas stabilizē farmaceitiskos preparātus un ietekmē zāļu šķīdību un biopieejamību.
Kvalitātes kontrole: pH uzraudzība nodrošina produkta konsekvenci un drošību.
Stabilitātes testi: Prognozējot, kā zāļu formulācijas uzvedīsies dažādos apstākļos.

Klīniskās lietojumprogrammas

Diagnostikas testi: Daudzi klīniskie testi prasa specifiskus pH apstākļus precīziem rezultātiem.
Intravenozās šķīdumi: IV šķidrumi bieži satur buferu sistēmas, lai uzturētu saderību ar asins pH.
Dialīzes šķīdumi: Precīza pH kontrole ir kritiska pacientu drošībai un ārstēšanas efektivitātei.

Rūpnieciskie procesi

Pārtikas ražošana: pH kontrole ietekmē garšu, tekstūru un pārtikas produktu uzglabāšanu.
Notekūdeņu attīrīšana: Buferu sistēmas palīdz uzturēt optimālus apstākļus bioloģiskajos attīrīšanas procesos.
Ķīmiskā ražošana: Daudzas reakcijas prasa pH kontroli, lai optimizētu ražību un drošību.

Vides uzraudzība

Ūdens kvalitātes novērtēšana: Dabiskajiem ūdeņiem ir buferu sistēmas, kas pretojas pH izmaiņām.
Augsnes analīze: Augsnes pH ietekmē barības vielu pieejamību un augu augšanu.
Piesārņojuma pētījumi: Izpratne par to, kā piesārņotāji ietekmē dabiskās buferu sistēmas.

Alternatīvas Hendersona-Hasselbalcha vienādojumam

Lai gan Hendersona-Hasselbalcha vienādojums ir visbiežāk izmantotā metode buferu pH aprēķiniem, ir alternatīvas pieejas specifiskām situācijām:

Tieša pH mērīšana: Kalibrēta pH mērītāja izmantošana nodrošina visprecīzāko pH noteikšanu, īpaši sarežģītās maisījumos.
Pilnīgas līdzsvara aprēķini: Ļoti atšķirīgu šķīdumu gadījumā vai kad ir iesaistīti vairāki līdzsvari, var būt nepieciešams atrisināt pilnu līdzsvara vienādojumu kopumu.
Numeriskās metodes: Datorprogrammas, kas ņem vērā aktivitātes koeficientus un vairākus līdzsvarus, var sniegt precīzākus rezultātus neideālās šķīdumu situācijās.
Empīriskās pieejas: Dažās rūpnieciskās lietojumprogrammās var izmantot empīriskas formulas, kas iegūtas no eksperimentāliem datiem, nevis teorētiskus aprēķinus.
Buferu kapacitātes aprēķini: Buferu sistēmu projektēšanai buferu kapacitātes aprēķināšana (β = dB/dpH, kur B ir pievienotās bāzes daudzums) var būt noderīgāka nekā vienkārši pH aprēķini.

Buferu ķīmijas vēsture un Hendersona-Hasselbalcha vienādojums

Izpratne par buferu šķīdumiem un to matemātisko aprakstu ir ievērojami attīstījusies pēdējā gadsimtā:

Agrīna buferu izpratne

Ķīmiskā buferēšana pirmo reizi sistemātiski tika aprakstīta franču ķīmiķa Marcellin Berthelot 19. gadsimta beigās. Tomēr amerikāņu ārsts un bioķīmiķis Lorenss Džozefs Hendersons veica pirmo nozīmīgo matemātisko analīzi buferu sistēmām 1908. gadā.

Vienādojuma attīstība

Hendersons izstrādāja sākotnējo formu tam, kas kļūs par Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu, pētījot oglekļa dioksīda lomu asins pH regulēšanā. Viņa darbs tika publicēts rakstā ar nosaukumu "Par attiecībām starp skābju stiprumu un to spēju saglabāt neitralitāti."

gadā dāņu ārsts un ķīmiķis Karls Alberts Hasselbalhs pārformulēja Hendersona vienādojumu, izmantojot pH notāciju (ko ieviesa Sørensen 1909. gadā) vietā, lai norādītu uz ūdeņraža jonu koncentrāciju. Šī logaritmiskā forma padarīja vienādojumu praktiskāku laboratorijas lietošanai, un tā ir versija, ko mēs izmantojam šodien.

Pilnveidošana un pielietojums

Visā 20. gadsimtā Hendersona-Hasselbalcha vienādojums kļuva par pamatu skābes-bāzes ķīmijai un bioķīmijai:

1. un 1930. gados vienādojums tika pielietots, lai saprastu fizioloģiskās buferu sistēmas, īpaši asinīs.
1. gados buferu šķīdumi, kurus aprēķināja, izmantojot šo vienādojumu, kļuva par standarta instrumentiem bioķīmiskajos pētījumos.
Elektronisko pH mērītāju attīstība 20. gadsimta vidū padarīja precīzu pH mērīšanu iespējamu, apstiprinot vienādojuma prognozes.
Mūsdienu datorizētās pieejas tagad ļauj veikt uzlabojumus, ņemot vērā neideālu uzvedību koncentrētos šķīdumos.

Šis vienādojums joprojām ir viens no svarīgākajiem un plaši izmantotajiem sakariem ķīmijā, neskatoties uz to, ka tam ir vairāk nekā gadsimts.

Koda piemēri buferu pH aprēķināšanai

Šeit ir Hendersona-Hasselbalcha vienādojuma ieviešana dažādās programmēšanas valodās:

1def calculate_buffer_ph(acid_concentration, base_concentration, pKa=7.21):
2    """
3    Aprēķina buferu šķīduma pH, izmantojot Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu.
4    
5    Parametri:
6    acid_concentration (float): Skābes koncentrācija molārajās vienībās
7    base_concentration (float): Konjugētās bāzes koncentrācija molārajās vienībās
8    pKa (float): Skābes disociācijas konstante (noklusējums: 7.21 fosfātu buferim)
9    
10    Atgriež:
11    float: Buferu šķīduma pH
12    """
13    import math
14    
15    if acid_concentration <= 0 or base_concentration <= 0:
16        raise ValueError("Koncentrācijām jābūt pozitīvām vērtībām")
17    
18    ratio = base_concentration / acid_concentration
19    pH = pKa + math.log10(ratio)
20    
21    return round(pH, 2)
22
23# Piemēra izmantošana
24try:
25    acid_conc = 0.1  # mol/L
26    base_conc = 0.2  # mol/L
27    pH = calculate_buffer_ph(acid_conc, base_conc)
28    print(f"Buferu pH: {pH}")
29except ValueError as e:
30    print(f"Kļūda: {e}")
31

1function calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa = 7.21) {
2  // Validē ievades
3  if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
4    throw new Error("Koncentrācijām jābūt pozitīvām vērtībām");
5  }
6  
7  // Pielieto Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu
8  const ratio = baseConcentration / acidConcentration;
9  const pH = pKa + Math.log10(ratio);
10  
11  // Noapaļo uz 2 decimāldaļām
12  return Math.round(pH * 100) / 100;
13}
14
15// Piemēra izmantošana
16try {
17  const acidConc = 0.1; // mol/L
18  const baseConc = 0.2; // mol/L
19  const pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
20  console.log(`Buferu pH: ${pH}`);
21} catch (error) {
22  console.error(`Kļūda: ${error.message}`);
23}
24

1public class BufferPHCalculator {
2    private static final double DEFAULT_PKA = 7.21; // Noklusējuma pKa fosfātu buferim
3    
4    /**
5     * Aprēķina buferu šķīduma pH, izmantojot Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu
6     * 
7     * @param acidConcentration Skābes koncentrācija molārajās vienībās
8     * @param baseConcentration Konjugētās bāzes koncentrācija molārajās vienībās
9     * @param pKa Skābes disociācijas konstante
10     * @return Buferu šķīduma pH
11     * @throws IllegalArgumentException, ja koncentrācijas nav pozitīvas
12     */
13    public static double calculateBufferPH(double acidConcentration, 
14                                          double baseConcentration, 
15                                          double pKa) {
16        // Validē ievades
17        if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
18            throw new IllegalArgumentException("Koncentrācijām jābūt pozitīvām vērtībām");
19        }
20        
21        // Pielieto Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu
22        double ratio = baseConcentration / acidConcentration;
23        double pH = pKa + Math.log10(ratio);
24        
25        // Noapaļo uz 2 decimāldaļām
26        return Math.round(pH * 100.0) / 100.0;
27    }
28    
29    /**
30     * Pārslogota metode, izmantojot noklusējuma pKa vērtību
31     */
32    public static double calculateBufferPH(double acidConcentration, 
33                                          double baseConcentration) {
34        return calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, DEFAULT_PKA);
35    }
36    
37    public static void main(String[] args) {
38        try {
39            double acidConc = 0.1; // mol/L
40            double baseConc = 0.2; // mol/L
41            double pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
42            System.out.printf("Buferu pH: %.2f%n", pH);
43        } catch (IllegalArgumentException e) {
44            System.err.println("Kļūda: " + e.getMessage());
45        }
46    }
47}
48

1' Excel funkcija buferu pH aprēķināšanai
2Function BufferPH(acidConcentration As Double, baseConcentration As Double, Optional pKa As Double = 7.21) As Double
3    ' Validē ievades
4    If acidConcentration <= 0 Or baseConcentration <= 0 Then
5        BufferPH = CVErr(xlErrValue)
6        Exit Function
7    End If
8    
9    ' Pielieto Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu
10    Dim ratio As Double
11    ratio = baseConcentration / acidConcentration
12    
13    BufferPH = pKa + Application.WorksheetFunction.Log10(ratio)
14    
15    ' Noapaļo uz 2 decimāldaļām
16    BufferPH = Round(BufferPH, 2)
17End Function
18
19' Izmantošana Excel šūnā: =BufferPH(0.1, 0.2)
20

1calculate_buffer_ph <- function(acid_concentration, base_concentration, pKa = 7.21) {
2  # Validē ievades
3  if (acid_concentration <= 0 || base_concentration <= 0) {
4    stop("Koncentrācijām jābūt pozitīvām vērtībām")
5  }
6  
7  # Pielieto Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu
8  ratio <- base_concentration / acid_concentration
9  pH <- pKa + log10(ratio)
10  
11  # Noapaļo uz 2 decimāldaļām
12  return(round(pH, 2))
13}
14
15# Piemēra izmantošana
16acid_conc <- 0.1  # mol/L
17base_conc <- 0.2  # mol/L
18tryCatch({
19  pH <- calculate_buffer_ph(acid_conc, base_conc)
20  cat(sprintf("Buferu pH: %.2f\n", pH))
21}, error = function(e) {
22  cat(sprintf("Kļūda: %s\n", e$message))
23})
24

1function pH = calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa)
2    % CALCULATEBUFFERPH Aprēķina buferu šķīduma pH
3    %   pH = CALCULATEBUFFERPH(acidConcentration, baseConcentration) 
4    %   aprēķina pH, izmantojot Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu
5    %
6    %   pH = CALCULATEBUFFERPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa)
7    %   izmanto norādīto pKa vērtību, nevis noklusējuma (7.21)
8    
9    % Iestata noklusējuma pKa, ja nav norādīts
10    if nargin < 3
11        pKa = 7.21; % Noklusējuma pKa fosfātu buferim
12    end
13    
14    % Validē ievades
15    if acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0
16        error('Koncentrācijām jābūt pozitīvām vērtībām');
17    end
18    
19    % Pielieto Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu
20    ratio = baseConcentration / acidConcentration;
21    pH = pKa + log10(ratio);
22    
23    % Noapaļo uz 2 decimāldaļām
24    pH = round(pH * 100) / 100;
25end
26
27% Piemēra izmantošana
28try
29    acidConc = 0.1; % mol/L
30    baseConc = 0.2; % mol/L
31    pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
32    fprintf('Buferu pH: %.2f\n', pH);
33catch ME
34    fprintf('Kļūda: %s\n', ME.message);
35end
36

Skaitliskie piemēri

Šeit ir vairāki buferu pH aprēķinu piemēri dažādām koncentrāciju attiecībām:

Piemērs 1: Vienādas koncentrācijas

Skābes koncentrācija: 0.1 M
Bāzes koncentrācija: 0.1 M
pKa: 7.21
Aprēķins: pH = 7.21 + log(0.1/0.1) = 7.21 + log(1) = 7.21 + 0 = 7.21
Rezultāts: pH = 7.21

Piemērs 2: Vairāk bāzes nekā skābes

Skābes koncentrācija: 0.1 M
Bāzes koncentrācija: 0.2 M
pKa: 7.21
Aprēķins: pH = 7.21 + log(0.2/0.1) = 7.21 + log(2) = 7.21 + 0.301 = 7.51
Rezultāts: pH = 7.51

Piemērs 3: Vairāk skābes nekā bāzes

Skābes koncentrācija: 0.2 M
Bāzes koncentrācija: 0.05 M
pKa: 7.21
Aprēķins: pH = 7.21 + log(0.05/0.2) = 7.21 + log(0.25) = 7.21 + (-0.602) = 6.61
Rezultāts: pH = 6.61

Piemērs 4: Ļoti atšķirīgas koncentrācijas

Skābes koncentrācija: 0.01 M
Bāzes koncentrācija: 0.5 M
pKa: 7.21
Aprēķins: pH = 7.21 + log(0.5/0.01) = 7.21 + log(50) = 7.21 + 1.699 = 8.91
Rezultāts: pH = 8.91

Piemērs 5: Atšķirīga buferu sistēma (etiķskābe/acetāts)

Skābes koncentrācija: 0.1 M (etiķskābe)
Bāzes koncentrācija: 0.1 M (nātrija acetāts)
pKa: 4.76 (etiķskābei)
Aprēķins: pH = 4.76 + log(0.1/0.1) = 4.76 + log(1) = 4.76 + 0 = 4.76
Rezultāts: pH = 4.76

Biežāk uzdotie jautājumi (BUJ)

Kas ir buferu šķīdums?

Buferu šķīdums ir maisījums, kas pretojas pH izmaiņām, kad nelielas skābes vai bāzes devas tiek pievienotas. Tas parasti sastāv no vājās skābes un tās konjugētās bāzes (vai vājās bāzes un tās konjugētās skābes) ievērojamās koncentrācijās.

Kā darbojas Hendersona-Hasselbalcha vienādojums?

Hendersona-Hasselbalcha vienādojums (pH = pKa + log([bāze]/[skābe])) saista bufera pH ar vājās skābes pKa un konjugētās bāzes un skābes koncentrāciju attiecību. Tas ir atvasināts no skābes disociācijas līdzsvara un ļauj vienkārši veikt pH aprēķinus.

Kas ir optimālā attiecība starp skābi un bāzi buferī?

Lai maksimizētu buferu kapacitāti, konjugētās bāzes un skābes attiecībai jābūt tuvu 1:1, kas dod pH, kas ir vienāds ar pKa. Efektīvā buferu darbības zona parasti tiek uzskatīta par ±1 pH vienību no pKa.

Kā izvēlēties pareizo buferi savam eksperimentam?

Izvēlieties buferi ar pKa, kas tuvu jūsu vēlamajam pH (ideāli ±1 pH vienības). Apsveriet arī citus faktorus, piemēram, temperatūras stabilitāti, saderību ar jūsu bioloģisko sistēmu vai reakciju un minimālu iejaukšanos analīzēs vai mērījumos.

Vai temperatūra ietekmē buferu pH?

Jā, temperatūra ietekmē gan skābes pKa, gan ūdens disociāciju, kas var mainīt buferu šķīduma pH. Lielākā daļa pKa vērtību tiek ziņotas pie 25°C, un būtiskas temperatūras novirzes var prasīt koriģējošus faktorus.

Vai es varu sajaukt dažādus buferus, lai sasniegtu konkrētu pH?

Lai gan ir iespējams sajaukt dažādas buferu sistēmas, tas parasti nav ieteicams, jo tas sarežģī līdzsvaru un var novest pie neparedzamas uzvedības. Labāk ir izvēlēties vienu buferu sistēmu ar pKa, kas tuvu jūsu mērķa pH.

Kas ir buferu kapacitāte un kā to aprēķina?

Buferu kapacitāte (β) ir bufera pretestības mērījums pH izmaiņām, kad pievieno skābes vai bāzes. Tā tiek definēta kā skābes vai bāzes daudzums, kas nepieciešams, lai mainītu pH par vienu vienību, un tā ir maksimāla, kad pH = pKa. To var aprēķināt kā β = 2.303 × C × (Ka × [H⁺]) / (Ka + [H⁺])², kur C ir kopējā buferu koncentrācija.

Kā sagatavot buferi ar konkrētu pH?

Aprēķiniet nepieciešamo konjugētās bāzes un skābes attiecību, izmantojot Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu, pārveidotu kā [bāze]/[skābe] = 10^(pH-pKa). Pēc tam sagatavojiet šķīdumus ar attiecīgajām koncentrācijām, lai sasniegtu šo attiecību.

Kāpēc mans izmērītais pH atšķiras no aprēķinātā vērtības?

Atšķirības var rasties no tādiem faktoriem kā:

Aktivitātes efekti neideālās šķīdumos (īpaši augstās koncentrācijās)
Temperatūras atšķirības
Reaģentu piemaisījumi
pH metra kalibrēšanas kļūdas
Jonu stipruma efekti

Vai Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu var izmantot poliprotiskām skābēm?

Poliprotiskām skābēm (skābēm ar vairākiem disociējamiem protoniem) Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu var piemērot katram disociācijas solim atsevišķi, bet tikai tad, ja pKa vērtības ir pietiekami atšķirīgas (parasti >2 pH vienības). Citādi ir nepieciešami sarežģītāki līdzsvara aprēķini.

Atsauces

Po, Henry N., and N. M. Senozan. "Hendersona-Hasselbalcha vienādojums: tā vēsture un ierobežojumi." Journal of Chemical Education, vol. 78, no. 11, 2001, pp. 1499-1503.
Good, Norman E., et al. "Ūdeņraža jonu buferi bioloģiskajiem pētījumiem." Biochemistry, vol. 5, no. 2, 1966, pp. 467-477.
Beynon, Robert J., and J. S. Easterby. Buferi: pamati. Oxford University Press, 1996.
Stoll, Vincent S., and John S. Blanchard. "Buferi: principi un prakse." Methods in Enzymology, vol. 182, 1990, pp. 24-38.
Martell, Arthur E., and Robert M. Smith. Kritiskās stabilitātes konstantas. Plenum Press, 1974-1989.
Ellison, Sparkle L., et al. "Buferis: ceļvedis buferu sagatavošanai un lietošanai bioloģiskajās sistēmās." Analytical Biochemistry, vol. 104, no. 2, 1980, pp. 300-310.
Mohan, Chandra. Buferi: ceļvedis buferu sagatavošanai un lietošanai bioloģiskajās sistēmās. Calbiochem, 2003.
Perrin, D. D., and Boyd Dempsey. Buferi pH un metālu jonu kontrolei. Chapman and Hall, 1974.

Bufera pH kalkulators: Hendersona-Hasselbalha vienādojuma rīks

Buferu pH kalkulators

Rezultāti

Dokumentācija

Buferu pH kalkulators

Ievads

Kas ir buferu šķīdums?

Hendersona-Hasselbalcha vienādojums

Buferu kapacitātes aprēķins

Kā izmantot buferu pH kalkulatoru

Ievades prasības

Kļūdu apstrāde

Soli pa solim aprēķina piemērs

Buferu pH aprēķinu lietošanas gadījumi

Laboratoriju pētījumi

Farmaceitiskā attīstība

Klīniskās lietojumprogrammas

Rūpnieciskie procesi

Vides uzraudzība

Alternatīvas Hendersona-Hasselbalcha vienādojumam

Buferu ķīmijas vēsture un Hendersona-Hasselbalcha vienādojums

Agrīna buferu izpratne

Vienādojuma attīstība

Pilnveidošana un pielietojums

Koda piemēri buferu pH aprēķināšanai

Skaitliskie piemēri

Piemērs 1: Vienādas koncentrācijas

Piemērs 2: Vairāk bāzes nekā skābes

Piemērs 3: Vairāk skābes nekā bāzes

Piemērs 4: Ļoti atšķirīgas koncentrācijas

Piemērs 5: Atšķirīga buferu sistēma (etiķskābe/acetāts)

Biežāk uzdotie jautājumi (BUJ)

Kas ir buferu šķīdums?

Kā darbojas Hendersona-Hasselbalcha vienādojums?

Kas ir optimālā attiecība starp skābi un bāzi buferī?

Kā izvēlēties pareizo buferi savam eksperimentam?

Vai temperatūra ietekmē buferu pH?

Vai es varu sajaukt dažādus buferus, lai sasniegtu konkrētu pH?

Kas ir buferu kapacitāte un kā to aprēķina?

Kā sagatavot buferi ar konkrētu pH?

Kāpēc mans izmērītais pH atšķiras no aprēķinātā vērtības?

Vai Hendersona-Hasselbalcha vienādojumu var izmantot poliprotiskām skābēm?

Atsauces

Atsauksmes

Saistītie Rīki

Buferkapacitātes kalkulators | pH stabilitāte ķīmiskajās šķidrumos

Titru kalkulators: Precīzi noteikt analīta koncentrāciju

Skābju-bāzu neitralizācijas kalkulators ķīmiskajām reakcijām

Gāzu maisījumu daļējā spiediena kalkulators | Daltona likums

Henderson-Hasselbalch pH kalkulators buferšķīdumiem

pH vērtības kalkulators: Pārvērst ūdeņraža jonu koncentrāciju pH

Balinātāja atšķaidīšanas kalkulators: Sajauciet perfektas šķīduma katru reizi

pH vērtības kalkulators: Pārvērst ūdeņraža jonu koncentrāciju pH

Proporciju maisītāja kalkulators: Atrodiet ideālas sastāvdaļu attiecības