Why is monosodium phosphate an effective buffer near pH 7?

Monosodium phosphate is effective near pH 7 because its pKa range is 6.8 to 7.2, which overlaps with the target pH. Buffers are most effective close to their pKa, where the weak acid and conjugate base are present in significant concentrations. This allows the buffer to resist pH changes when small amounts of acid or base are added.

What is the role of NaOH when preparing a monosodium phosphate buffer?

NaOH is added drop-wise to shift the equilibrium toward the conjugate base, disodium phosphate, without altering the overall buffer composition. Unadjusted monosodium phosphate solutions typically have a pH of 4–6, so NaOH raises the pH to the target value of 7.0 while maintaining the buffer's capacity to resist pH changes.

How do the protonated and deprotonated forms of neutral red differ in color and light absorption?

The protonated form of neutral red is red and absorbs green light, while the deprotonated form is yellow-orange and absorbs blue-violet light. These distinct absorption wavelengths allow researchers to track the ionization state of neutral red across different pH values using absorption spectroscopy.

How does protein binding affect the properties of neutral red?

Protein binding alters both the absorbance and pKa of neutral red. When riboflavin-binding protein binds to neutral red, the pKa increases by approximately one unit, indicating that bound-protonated neutral red is a weaker acid than free protonated neutral red by an order of magnitude.

What is the isosbestic point in an absorption spectrum?

The isosbestic point is the wavelength where all absorption spectra cross at a single point, regardless of pH. Recording this wavelength helps verify data quality and indicates a clean transition between the protonated and deprotonated forms of neutral red across the pH range tested.

How do you determine the pKa of neutral red from absorbance data?

Plot absorbance intensity at lambda max versus pH for both free and bound neutral red. Calculate the midpoint between the highest and lowest absorbance values, then find the pH at which this midpoint occurs on the plotted line. That pH value is the pKa of the compound.

Why is it important to handle cuvettes correctly during spectrophotometry?

Cuvettes must be held by their textured sides and have transparent sides wiped clean before measurement to ensure accurate absorbance readings. The transparent sides must align with the spectrophotometer's light beam. Proper handling prevents fingerprints and contamination that would interfere with light transmission and distort results.

المخازن المؤقته

المفاهيم تحضير المدرّس بروتوكول الطالب

0 مشاهدة04:35 دقيقة

المخازن المؤقتة هي حلول تعمل على الحفاظ على درجة حموضة ثابتة في النظام بغض النظر عن إضافة الأحماض أو القواعد القوية. في حالة عدم وجود مخازن مؤقتة ، تؤدي إضافة حمض قوي أو قاعدة إلى محلول إلى تغيير درجة الحموضة بشكل كبير. المخازن المؤقتة ضرورية في الحياة اليومية. على سبيل المثال ، يعمل الدم كمخزن مؤقت وقادر على الحفاظ على درجة حموضة بين 7.35 و 7.45 لأن الرقم الهيدروجيني أعلى من 7.8 أو أقل من 6.8 يمكن أن يسبب الوفاة.

إذن ، كيف يعمل المخزن المؤقت؟ المخزن المؤقت هو في الأساس حمض أو قاعدة ضعيفة وقاعدته المترافقة أو الحمض في حالة توازن مع بعضها البعض. خذ ، على سبيل المثال ، عازلة مصنوعة من حمض الأسيتيك وخلات الصوديوم. يحتوي المحلول العازل على حمض ضعيف وملحه المترافق ، والذي يتفكك لتشكيل أسيتات القاعدة المترافقة. المحلول حمضي لأن K_a من حمض الأسيتيك أعلى من K_b للقاعدة المترافقة.

تذكر أن ثابت التفكك ، K _a أو K _b ، يحدد قوة الحمض أو القاعدة ، على التوالي ، لأنه ثابت التوازن لتفكك المركب في الماء. يمكن أيضا تمثيل ثابت التفكك على أنه pK_a ، أو السجل السالب ل K_a ، حيث كلما كان pK _a أصغر ، كان الحمض أقوى. وينطبق الشيء نفسه على pK_b ، حيث كلما كان pK_b أصغر ، زادت قوة القاعدة.

بالعودة إلى مخزن الأسيتات، إذا أضفنا قاعدة قوية، مثل هيدروكسيد الصوديوم، فإن أيونات الهيدروكسيد تتفاعل مع أيونات الهيدرونيوم

Print Procedure Steps

المصدر: سماء كريم من جامعة جونز هوبكنز ، دكتوراه في الطب ، الولايات المتحدة الأمريكية

إعداد 50 ملي مولار NaH₂PO₄ Buffer، درجة الحموضة 7< فئة الزر ="توسيع">توسيع
في الجزء الأول من هذه التجربة ، ستقوم بإعداد محلول فوسفات الصوديوم مخزن عند درجة الحموضة 7.0. فوسفات أحادي الصوديوم هو حمض ضعيف مع القاعدة المترافقة ، فوسفات ثنائي الصوديوم. عادة ما يكون لمحاليل الفوسفات أحادية الصوديوم غير المعدلة درجة حموضة تتراوح بين 4 و 6.
تكون
المخازن المؤقتة أكثر فاعلية بالقرب من pKa ، والتي تتراوح من 6.8 إلى 7.2 للفوسفات أحادي الصوديوم. لذلك ، ستستخدم هيدروكسيد الصوديوم لدفع التوازن نحو القاعدة المترافقة دون تغيير التركيب الكلي لتوازن المخزن المؤقت.
- قبل البدء في التجربة ، احسب كتلة الفوسفات أحادي الصوديوم التي ستحتاجها لصنع 200 مل من محلول 50 ملليمتر.
  الجدول 1: تحضير 50 ملي مولار هيدروهيدرات هيدروكسيد₂PO₄ عازلة ، درجة الحموضة 7.0
  الكتلة المولية ل NaH₂PO₄ = 119.98 جم / مول حجم المحلول (مل) 200 المولارية (ملليمتر) 50 شامات NaH₂PO₄ (mol) الكتلة المطلوبة (ملغ) الحجم الأولي 1 M هيدروكسيد الصوديوم (مل) الحجم النهائي 1 M هيدروكسيد الصوديوم (مل) حجم هيدروكسيد الصوديوم المستخدم (مل) حجم مياه DI المطلوبة (مل) انقر هنا لتنزيل الجدول 1
- للبدء ، ارتد معدات الحماية الشخصية اللازمة ، بما في ذلك معطف المختبر ونظارات السلامة المقاومة للرذاذ والقفازات. ملاحظه: يستخدم هذا القسم من المختبر هيدروكسيد الصوديوم ، وهو مادة أكالة وسامة. توخي الحذر عند صب ونقل هيدروكسيد الصوديوم.
- املأ زجاجة غسيل بلاستيكية سعة 250 مل بالماء منزوع الأيونات.
- قم بتسمية كوبين سعة 100 مل ، أحدهما للنفايات المائية المحايدة والآخر للنفايات المائية الأساسية.
- قم بمعايرة مقياس الأس الهيدروجيني باستخدام المخازن المؤقتة المتوفرة. قم بتخزين المسبار في محلول التخزين الخاص به عند الانتهاء.
- قم بتنظيف ورق الوزن ، واستخدم ملعقة نظيفة لقياس الكمية المطلوبة من فوسفات أحادي الصوديوم وفقا لحساباتك. سجل الكمية الدقيقة من فوسفات أحادي الصوديوم في دفتر المختبر الخاص بك. ملاحظه: يمتص فوسفات أحادي الصوديوم الرطوبة من الهواء ، لذا اعمل بسرعة للحصول على قياس دقيق وأغلق الحاوية بإحكام عند الانتهاء منها.
- ضع الفوسفات أحادي الصوديوم في دورق سعة 400 مل ونظف الملعقة بمنديل معملي. تخلص من ورق الوزن ومسح المختبر قبل العودة إلى غطاء الدخان.
- استخدم أسطوانة متدرجة لقياس 175 مل من الماء منزوع الأيونات. صب الماء في دورق الفوسفات أحادي الصوديوم وأضف شريط تحريك مغناطيسي.
- قلب المحلول حتى يذوب الملح تماما ويبدو المحلول متجانسا. يستغرق هذا عادة من 2 إلى 3 دقائق.
- قم بقياس 15 مل من الماء منزوع الأيونات واسكبه في الدرق. استمر في تقليب المحلول حتى يبدو متجانسا مرة أخرى (حوالي 1-2 دقيقة). قم بإيقاف تشغيل محرك التقليب.
- اشطف مسبار الأس الهيدروجيني بالماء منزوع الأيونات ، ثم ثبته في المحلول باستخدام المستشعر فوق شريط التقليب.
- أحضر أسطوانة متدرجة سعة 10 مل وزجاج ساعة إلى غطاء التوزيع وقم بقياس 10 مل من 1 M هيدروكسيد الصوديوم. لاحظ الحجم الدقيق في الأسطوانة المتدرجة.
- قم بتغطية هيدروكسيد الصوديوم بزجاج الساعة ، وأحضره بعناية إلى غطاء الدخان.
- استئناف تقليب محلول الفوسفات أحادي الصوديوم. أثناء مراقبة قراءة الأس الهيدروجيني ، استخدم ماصة يمكن التخلص منها لإضافة هيدروكسيد الصوديوم ببطء إلى محلول التحريك بطريقة قطرية. بمجرد أن يصل الرقم الهيدروجيني المؤقت إلى 7.0، أعد أي هيدروكسيد الصوديوم لا يزال في الماصة إلى الأسطوانة المتدرجة.
- احسب حجم هيدروكسيد الصوديوم الذي أضفته إلى المخزن المؤقت. اطرح هذا الحجم من 10 مل لتحديد كمية الماء منزوع الأيونات التي يجب إضافتها إلى المخزن المؤقت للوصول إلى حجم المحلول الإجمالي البالغ 200 مل.
- قم بقياس الماء منزوع الأيونات بأسطوانة أخرى متدرجة سعة 10 مل وأضفه إلى محلول التحريك لإنهاء صنع المخزن المؤقت.
- اشطف مستشعر الأس الهيدروجيني بالماء منزوع الأيونات ، وقم بتغطيته بالغطاء المملوء بمحلول التخزين ، وافصل المسبار أو إيقاف تشغيله.
- قم بتسمية زجاجة البولي إيثيلين سعة 250 مل على أنها "50 ملي مولار عازلة فوسفات أحادية الصوديوم ، درجة الحموضة 7.0". استرجع شريط التحريك المغناطيسي من المحلول.
- استخدم قمعا لصب محلول المخزن المؤقت في الزجاجة الملصقة وتغطيته بإحكام.
التحليل الطيفي لل<امتصاص لفئة الزر الحمراء المحايدة الحرة والملزمة="توسيع">توسيع
يمكن استخدام المخازن المؤقتة لتقييم المركبات عند قيم الأس الهيدروجيني المحددة. في هذا القسم ، ستسجل طيف امتصاص المؤشر الأحمر المحايد في مخازن مؤقتة مختلفة. الشكل البروتوني للأحمر المحايد أحمر ، والشكل منزوع البروتون هو الأصفر البرتقالي ، مما يعني أنها تمتص الضوء الأخضر والأزرق البنفسجي ، على التوالي. وبالتالي ، فإن الأشكال الحمضية والأساسية لها أطوال موجية لامتصاص مميزة. يغير ارتباط البروتين خصائص اللون الأحمر المحايد ، مما يغير كل من امتصاصه و pKa.

بعد قياس طيف امتصاص اللون الأحمر المحايد الحر عند عدة قيم الأس الهيدروجيني ، ستضيف بروتين مرتبط بالريبوفلافين ، أو RP ، إلى المحاليل وقياس الامتصاص مرة أخرى. ترتبط شدة الامتصاص بالتركيز ، لذلك ستستخدم الأطياف لتحديد pKa للأحمر المحايد الحر والمرتبط بعد المختبر.
- ارسم الجدول التالي في دفتر ملاحظات المختبر. قم بترقيم الكوفيتات من 1 إلى 10 وقم بإدراج قيم الأس الهيدروجيني التسع للمخزن المؤقت التي ستستخدمها. ستكون الكوفيت العاشرة عبارة عن ماء منزوع الأيونات. ملاحظه: أمسك الكوفيت دائما من الجوانب المزخرفة وامسح الجوانب الشفافة قبل وضع الكوفيت في مقياس الطيف الضوئي مباشرة. تذكر محاذاة الجوانب الشفافة مع شعاع الضوء في مقياس الطيف الضوئي.
  الجدول 2: امتصاص اللون الأحمر المحايد الحر والمرتبط
  كوفيت # الرقم الهيدروجيني المخزن المؤقت Abs. عند λ_{كحد أقصى}(NRH⁺) Abs. عند λ_{كحد أقصى} (NRH المرتبط) 1 5.0 2 5.5 < td style="محاذاة النص: المركز;">3 6.0 4 < td style="محاذاة النص: المركز;">6.5 5 7.0 6 7.5 7 < td style="محاذاة النص: المركز;">8.0 8 8.5 9 11 10 فارغ انقر هنا لتنزيل الجدول 2
- احصل على عشرة أغطية وأغطية سعة 1.5 مل وقم بتسمية الأغطية من 1 إلى 10 لمطابقة الجدول الموجود في دفتر ملاحظات المختبر.
- قم بتسمية دورق سعة 25 مل باسم "DIH2O" واملأه بالماء منزوع الأيونات.
- اغسل النفايات المائية المحايدة في البالوعة وأعد تسمية الدورق على أنه "نفايات عازلة مائية".
- قم بتسمية دورق سعة 400 مل لأطراف الماصات الدقيقة المستخدمة.
- قم بتوصيل طرف بماصة دقيقة سعة 1 مل واستخدمه لتوزيع 1000 ميكرولتر من الماء منزوع الأيونات في كوفيت 10. هذا هو المذيب الفارغ الخاص بك.
- ضع 925 ميكرولتر من المخزن المؤقت للفوسفات أحادي الصوديوم 7.0 في الكوفيت 5.
- أحضر الكوفيتات الفارغة المتبقية إلى جدول المخزن المؤقت. مسترشدا بالجدول الموجود في دفتر المختبر الخاص بك، قم بتوزيع 925 ميكرولتر من كل مخزن مؤقت في الكوفيت المناسب باستخدام الماصات الدقيقة المصنفة. احرص على عدم استخدام نفس طرف الماصة للمخازن المؤقتة المختلفة.
- بمجرد الانتهاء، أعد المخازن المؤقتة إلى طاولة العمل الخاصة بك. هناك، اضبط ماصة دقيقة سعة 200 ميكرولتر لتوزيع 75 ميكرولتر، وقم بتوصيل طرف بالماصة الدقيقة.
- قم بتوزيع 75 ميكرولتر من اللون الأحمر المحايد في كل من الكوفيتات العازلة التسعة. اقلب كل كوفيت عدة مرات لخلط المحاليل جيدا. ملاحظه: استبدل طرف الماصة إذا لامس عازلة.
- بمجرد خلط اللون الأحمر المحايد مع كل مخزن مؤقت، التقط صورة أو اكتب ألوان الحلول.
- قم بتشغيل مقياس الطيف الضوئي المحمول باليد واسمح لمصدر الضوء بالتسخين. بمجرد أن يصبح جاهزا ، قم بإنشاء تجربة جديدة لقياس الامتصاص مقابل الطول الموجي للأحمر المحايد الحر.
- أدخل كوفيت الماء منزوع الأيونات واحصل على طيف من الماء منزوع الأيونات. قم بتعيينه كخلفية مذيبة أو فارغة.
- بعد ذلك ، قم بإزالة الفراغ وأدخل كوفيت أحمر محايد في أدنى مخزن مؤقت للأس الهيدروجيني ، والذي سيكون له أعلى تركيز من اللون الأحمر المحايد البروتون.
- اكتساب طيف ، والذي يجب أن يظهر ذروة واحدة قوية. حدد الطول الموجي المقابل لأعلى نقطة في هذه الذروة ، أو الحد الأقصى. سجل هذا الطول الموجي في دفتر المختبر الخاص بك بتنسيق lambda max للحصول على اللون الأحمر المحايد الحر البروتوني.
- احفظ البيانات وقم بإزالة الكوفيت. سجل الامتصاص في دفتر ملاحظاتك ، ثم اجمع أطياف الكوفيت 2 - 9 باستخدام نفس الإجراء.
- سجل الطول الموجي للنقطة متساوية التساوي في دفتر ملاحظات المختبر. هذا هو المكان الذي تتقاطع فيه جميع الأطياف بطول موجي واحد. إذا لم يعبر الطيف عند هذه النقطة ، فقم بإفراغ الكوفيت وتنظيفه ، وقم بإعداد عينة جديدة ، وحاول مرة أخرى.
- بمجرد الانتهاء من جمع الأطياف لجميع الكوفيتات التسعة ، احفظ البيانات وتصديرها.
- قم بإنشاء تجربة جديدة لقياس الامتصاص مقابل الطول الموجي للأحمر المحايد المرتبط.
- قم بتركيب طرف جديد على الماصة الدقيقة سعة 200 ميكرولتر وأضف 75 ميكرولتر من محلول البروتين المرتبط بالريبوفلافين إلى كل كوفيت، بما في ذلك الفراغ. أخرج الطرف ، وثبتي أغطية الكوفيت ، واقلب الكوفيت عدة مرات لخلط المحاليل.
- أدخل الكوفيت 10 في مقياس الطيف الضوئي واضبطه على أنه مذيب فارغ.
- احصل على طيف من أدنى عينة من الأس الهيدروجيني ، وحدد الطول الموجي المقابل للحد الأقصى للذروة الأكثر كثافة. قم بتسجيله في دفتر ملاحظات المختبر الخاص بك باعتباره لامدا ماكس من اللون الأحمر المحايد المرتبط بالبروتون.
- احصل على أطياف الكوفيت 2 - 9 بنفس الطريقة التي فعلت بها للعينات الحمراء المحايدة المجانية. سجل الشدة في lambda max للأحمر المحايد المرتبط بالبروتون في طاولتك ، جنبا إلى جنب مع الطول الموجي عند نقطة متساوي النظام.
- عند الانتهاء، احفظ بياناتك وقم بتصديرها لتحليلها لاحقا، وقم بإيقاف تشغيل مقياس الطيف الضوئي.
- ضع جميع المعدات وتخلص من أطراف الماصة المستخدمة في حاوية نفايات معتمدة أو سلة مهملات.
- أفرغ الكوفيت في دورق النفايات العازلة المائية واشطف الكوفيت في الدورق بالماء منزوع الأيونات.
- أفرغ هيدروكسيد الصوديوم الزائد في النفايات الأساسية واشطف الأسطوانة المتدرجة بالماء.
- اغسل النفايات المائية الأساسية في البالوعة بمياه الصنبور الوفيرة ، جنبا إلى جنب مع النفايات المائية الأخرى.
- اغسل الأواني الزجاجية وأغطية الكوفيت وشريط التقليب وفقا لإجراءات المختبر القياسية. نظف أسطح عملك بمنشفة ورقية مبللة وتخلص من المناشف الورقية ومناديل المختبر المبللة في سلة مهملات المختبر.
Results
الآن ، دعونا نحلل بيانات الامتصاص لتحديد pKa للأحمر المحايد.

الجدول 3: تحديد pKa الأحمر المحايد
NRH⁺ مجاني ملزمة NRH⁺ λ_ماكس (نانومتر) ΔA (نانومتر) نقطة المنتصف (نانومتر) بيكا
انقر هنا لتنزيل الجدول 3
- ارسم كلتا المجموعتين من بيانات الشدة مع شدة الامتصاص عند lambda max على المحور y ودرجة الحموضة على المحور x ، مع ربط النقاط بخطوط ناعمة.
- احسب الفرق بين شدة امتصاص البداية والنهاية لكل سلسلة بيانات.
- حدد الامتصاص في منتصف الطريق بين امتصاص البداية والنهاية لكل سلسلة ، أو نقاط منتصف الامتصاص.
- ابحث عن مكان حدوث نقطة المنتصف في كل سطر وحدد قيمة الأس الهيدروجيني في تلك النقطة. قيم الأس الهيدروجيني هذه هي pKa للأحمر المحايد الحر والمرتبط.
- هنا ، نرى زيادة في pKa بحوالي واحد بين الأحمر المحايد الحر والمرتبط ، مما يشير إلى أن اللون الأحمر المحايد البروتوني المرتبط هو حمض أضعف من الأحمر المحايد البروتوني الحر بترتيب من حيث الحجم.