緩衝液|化学

pH の変動が重大な損傷を与える可能性がある研究および科学分野には、数多くの用途があります。これの 1 つの例は、血液の pH の変化が致命的になる可能性がある人体で発生します。しかし、重炭酸緩衝として知られる体内の物理的メカニズムにより、一定の血液 pH が維持されます。

実験室では、緩衝液を使用して比較試験を行うのが一般的です。緩衝液を使用すると、処理中の材料の pH を制御下に保つことができ、不要な偶発的影響が影響を及ぼし、余分な損傷を引き起こすリスクが軽減されます。緩衝液には、弱酸とその共役塩基、または弱塩基とその共役酸が含まれています。

緩衝液

緩衝液を定義するには、それを酸と塩基の溶液と考えてください。緩衝液は、弱酸を取り、その共役塩基 (同じ酸からプロトンを抽出することによって形成されます) を追加するか、弱塩基を対応する酸と組み合わせることによって作成されます。コンジュゲートを使用すると、緩衝液は pH 変動に耐性があります。他の酸や塩基が無効になりにくい酸塩基平衡を作り出します。強酸または強アルカリを加えても、弱酸/弱塩基とその共役の間の平衡により、溶液全体の pH に対する添加の影響が減少します。

緩衝pH

緩衝液ソリューションは、実際と実験室の両方で幅広い機能を提供します。ほとんどのタンパク質が適切に機能するためには、緩衝された pH が必要であり、この緩衝は、有色顔料を利用する際に適切なシェーディング固定を保証するために採用されています。さらに、緩衝液は、緩衝液が不足していると仮定して、デバイス、特に誤校正の可能性がある pH メーターを修正するために使用されます。緩衝液の pH が常に中性であるとは限らないことに注意してください。柑橘類の抽出物、アルカリ、酸性の腐食剤 (少量の酢に含まれる場合があります) およびその他の物質から形成される緩衝液は、pH 値が 2 から 10 まで高くなる可能性があります。

バッファ容量

通常、緩衝液は pH の変化に耐性があります。ただし、十分に強い酸またはアルカリは、緩衝液の pH を変化させる可能性があります。緩衝能とは、pH が大幅に変化する前に緩衝液に加えることができる強酸または強塩基の量です。容量は、緩衝液のコア成分と添加される強酸または強塩基の量によって異なります。酸濃度を増加させると、バッファー溶液の容量が同じ係数だけ増加し、溶液中にどれだけの塩基が存在するかが決まります。強塩基を加える場合、容量は溶液中の酸の量に等しくなります。

緩衝液の概要

酸性緩衝液

酸性緩衝液の pH は 7 未満であり、多くの場合、弱酸とその塩の 1 つが組み合わさった結果です。いくつかの一般的な酸性緩衝液は、エタノール腐食剤とエタン酸ナトリウムを溶液中で組み合わせ、等モル固定で混合すると pH 4.76 になります。酸の割合を変えるか、別の酸とその塩の 1 つを使用することで、緩衝液の pH を変えることができます。

アルカリ緩衝液

塩基性緩衝液の pH は 7 より高く、弱塩基とその塩の 1 つに由来します。一般的に使用されるアルカリ緩衝液のほとんどは、アルカリと塩化アンモニウム溶液の混合物です。それらが区別できないモル量で混合されていると仮定すると、溶液の pH は 9.25 になります。

緩衝液はどのように機能しますか?

緩衝液に水素イオンを供給すると、緩衝液中のアルカリにより中和されます。酸は水酸化物イオンを中和します。緩衝液の pH は、これらの中和作用によって大きな影響を受けることはありません。緩衝液に酸を選択する場合は、必要な pH 付近の pKa を持つ酸を使用してください。これにより、バッファーにほぼ同量の酸と共役塩基が与えられるため、H+ と OH- を可能な限り中和することができます。

緩衝液の作り方

緩衝液は、弱酸または弱塩基とその共役を大量に混合することによって作成されます。弱酸とその共役塩基は、互いに中和せずに溶液中に存在する場合があります。同じことが弱塩基とその共役酸にも当てはまります。

緩衝液の意味と例

緩衝液または緩衝液は、弱酸とその共役塩基を組み合わせたものです。強酸および強塩基は緩衝液の pH 変化を引き起こしません。この場合、バッファーは酢酸/酢酸ナトリウム溶液 CH3COOH + CH3COONa です。弱塩基とその塩は緩衝液の例で、NH3aq + NH4Claq です。

結論

緩衝液の調製は、化学および生物学の研究室では一般的です。緩衝液は、弱酸とその共役塩基で構成されています。緩衝液は、緩衝液と混合された別の溶液の pH を維持するのに役立ちます。異なる酸またはアルカリの少量の溶液が導入されると、バッファーは溶液全体の pH 値の変化に抵抗します。したがって、緩衝液は、一定の pH が必要な多くの状況で役立ちます。緩衝液は、緩衝液、pH 緩衝液、または水素イオン緩衝液としても知られています。緩衝液は、さまざまなアプリケーションで非常に役立ちます。ただし、バッファーの準備には時間がかかり、労力がかかるため、エラーを最小限に抑えるために細心の注意を払う必要があります。