pH および緩衝液

はじめに:

緩衝液の例は、弱塩基に加えて、弱酸と弱酸の共役塩基、または弱塩基と弱塩基の共役酸のいずれかで構成される水溶媒ベースの溶液です。 .それらは、溶液への希釈または少量の酸またはアルカリの添加によって引き起こされる pH 変化に耐性があります。

ごく少量の強酸または強塩基を緩衝液に添加すると、溶液の pH がわずかに変化します。その結果、一定の pH 値を維持するために使用されます。

緩衝液

酸塩基緩衝液とは、希釈したり、少量の酸や塩基を加えたりしても、水素イオン濃度（pH）をほとんど変化させずに維持できる溶液です。緩衝液は、発酵、食品防腐剤、薬物送達、電気めっき、印刷、酵素の活性、および血液の酸素運搬能力に使用されます。適切に機能するには、特定の水素イオン濃度 (pH) が必要です。

弱酸とその共役塩基、または弱塩基とその共役酸の溶液は、pH を維持する能力があるため、緩衝液として知られています。

緩衝液の種類

酸性緩衝液とアルカリ性緩衝液は、大きく 2 つのカテゴリに分類できる 2 つの主要なタイプの緩衝液です。

酸性緩衝液

これらのソリューションは、名前が示すように、酸性環境を無傷で健康に保つために使用されます。酸性緩衝液のpHは酸性であり、弱酸とその塩を強塩基と混合して酸性緩衝液を形成することによって作られています。酢酸と酢酸ナトリウムの水溶液の pH は、2 つの酸の濃度が等しい場合、4.74 です。

• これらの溶液の pH は 7 未満です。

• 基本的に、これらの溶液は弱酸と弱酸塩で構成されています。

たとえば、酢酸ナトリウムと酢酸 (pH =4.75) は、酸性緩衝液として使用できる 2 つの酸です。

アルカリ緩衝液

これらの緩衝液は、基本的な条件を維持するために使用されます。弱塩基とその塩を強酸と混合して塩基性 pH を生成することにより、塩基性緩衝液を作成することができます。 2 つの酸の濃度が等しい場合、水酸化アンモニウムと塩化アンモニウムの水溶液の pH は 9.25 です。

さらに、これらの溶液の pH は 7 を超えています。

これらの製剤には弱塩基と弱塩基塩が存在します。

水酸化アンモニウムと塩化アンモニウムの混合物 (pH =9.25) などのアルカリ性緩衝液は、塩基の一例です。

酸と塩基の添加について

緩衝液の調製

酸 (pKa) と塩基 (pKb) の解離定数が分かれば、それぞれ塩-酸または塩-塩基の比率を制御して緩衝液を調製することができます。

このタイプの溶液は、前述のように、弱塩基を対応する共役酸と混合するか、弱酸を対応する共役塩基と混合することによって調製されます。

緩衝液を調製するこの方法の良い例は、下図に示すように、HPO42- と H2PO4- を混合することによるリン酸緩衝液の調製です。この溶液は、常に 7.4 の pH を維持します。

ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式

酸性緩衝液の調製

強塩基 (BB) と結合した弱酸 (HA) とその塩 (KA) を含む酸性緩衝液 (KOH) が考えられます。均衡は次のように書き下すことができます。

ベースバッファーの準備

強酸の存在下で弱塩基 (B) とその塩 (BA) を含む塩基性緩衝液の場合を考えてみましょう。

前述のように、pOH は計算できます。

• 塩基性バッファーの pOH は、pKb + log ([塩]/[酸]) として計算されます。
• 塩基性緩衝液の pH は、pKa – log ([塩]/[酸]) として計算されます。

重要性 ヘンダーソン・ハッセルバルヒ 方程式

ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式は、次の目的で使用できます。

Henderson-Hasselbalch 式にはいくつかの制限があります。

ヘンダーソン – ハッセルバルヒ式は、式の性質上、強酸または強塩基には使用できません。

pH維持

緩衝液が一定の pH を維持する方法をよりよく理解するために、酢酸ナトリウムと酢酸を含む緩衝液の次の例を検討してください。

この例は、酢酸の場合にはわずかな量のイオン化しか起こらないのに対し、酢酸ナトリウムはほぼ完全にイオン化されることを示しています。以下は平衡反応の例です:

強酸の存在下では、H+ イオンが CH3COO- イオンと結合して弱くイオン化された酢酸を形成し、その結果、周囲環境の pH はほとんど変化しません。強酸がなければ、周囲の環境の pH は一定のままです。

この緩衝液に強アルカリ性物質を導入すると、水酸化物イオンが溶液中にすでに存在する酸と反応し、水分子が形成されます。そのため、水酸化物イオンは酸と反応して水を生成しますが、pH は変化しません。

結論:

水素イオン緩衝液としても知られるpH緩衝液は、追跡可能なpH値を持ち、少量の酸または塩基が加えられたときにpH値がわずかにしか変化しない水溶液です。通常、pH 緩衝液は共役塩基と弱酸で構成されており、これらが連携して溶液から過剰な水素原子を吸収し、溶液中の安定した pH 値を維持します。その結果、これらは不確実性の低い pH 測定用の電気化学ポテンショメータの校正に効果的であり、それによってトレーサビリティが向上します。