Буферная система

Буферная система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

БУФЕРНАЯ СИСТЕМА, содержащая протопит и растворимую соль протолита, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона буферности по шкале рН (И увеличения буферной емкости, в качестве протояита она содержит кислоту или основание с произведением растворимости мольясм соIотношении протолит - растворимая соль протолита, равнсм 1:0,1-5.

„„SU„„ 1 057853 А

СОСЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(5В 01 Й 31 6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф%

° Ю

° ю °

ГОСУД СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕЧИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3361212/2304 (22) 04.12.81

-(46 ) 30.11 .83. Бюл.Â44 (72) A.Ê. Чарыков и А.В. Ковеня (71) ЛГУ им. A.A.. )жданова и Ленин.градский педиатрический медицинский институт (53) 543.42.062(088.8) (56) 1. Бейтс P. Определение рН, теория и практика. Л., "Химия", 1978, с.397.

2. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии, И., "Химия", 1965, с.231 (прототип) ° (54)(57) БуфЕРНАЯ СИСТЕИА; содержащая протолит и растворимую соль протолита, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапа зона буферности по шкале .pH m увеличения буферной емкости, в качестве протолита она содержит кислоту или основание с произведением раст воримости 10 -. 10 6при мольиом со:отногггении протолит — растворимая соль протолита, равном 1г0,1-5.

1057853 лоты и равная ей концентрация ацетата натрия Г2 ).

Однако указанная буферная тема характеризуется малой шириной диапазона рН и недостаточной буферной емкостью..

Цель изобретения — расширение диапазона буферности по шкале рН и увеличение буферной емкости.

Поставленная цель достигается

10 тем, что буферная система, содержащая протолит и растворимую соль протолита, в качестве протолита содержит кислоту или основание с произведением растворимости 10 1 - 10 6 при

35 мольном соотношении протолит-растворимая соль протолита,. равном

1з0,1-5.

Особенностью таким гетерогенных двухкомпонентных систем является

20 постоянство концентрации недиссоциированных молекул протолита в растворе.

$H j

К»

fHA3„р Н+ + А

fHH 3 ГА 1 (НА) fBOH J ð - В + ОН

LB+3 (ОН 3.fB )fQH 1 = IIPöä„

Н „ IIP (1а} для основного протолита

ГДЕ 1!Рнд И ПРэо„- ПРОИЗВЕДЕНИЯ растворимости малорастворимых протолитов HA и ВОН;

К> и К6 « «константы их диссоциации.

Добавка щелочи к раствору, содержащему лалорастворимый кислый 40 протолит, и кислоты к раствору, содержащему малорастворимый основной протолит, уменьшает их содержание в осадке, но не в растворе. Кислотность изменяется лишь за счет измене-45 ния концентрации сопряженной формы протолита

" щ (Н+) = — = — (zJ; (А 3 Сш, (он )» — =

П 8 Н 900 р+ ес„

К (ОН-1» — „," ЕС (Н;

"w (Н+1» П„ с к, И

808

С +»„р С (6aJ;j к„

508

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам получения буферных систем, т.е. сис- тем, способных поддерживать кислотность водных растворов — величину рН на определенном уровне.

Известны буферные гомогенные растворы — концентрированные растворы сильных, растворимых в воде протолитов — минеральных кислот и щелочей $1).

Недостатком известных буферных систем является малая ширина диапа.зона рН, Наиболее близкой по составу к предлагаемой является гомогенная буферная система, содержащая хорошо растворимый слабый протолит, например уксусную кислоту и ее растворимую соль - ацетат натрия. Система имеет область буферности 3,75,5 и максимальную емкость 1,15 С (где С - концентрация уксусной кисгде С„и С. - концентрации щелочи или кислоты, прибавленной к протолиту, =ПРН Для кислого протолита (1) К - ионное произведение воды, множитель Е - степень нейтрали- . зации кристаллического протолита (НА) щелочью или (B0H)«- кислотой.

Эта величина не зависит от .константы диссоциации протолита и концентраций прилитой кислоты или щелочи, пока система гетерогенна и определяется только относительной прочностью связи ионов Н+ или ОН в осадке и в молекулах воды .

ПР

Е -np+к . (4).

ЧМ

Таким образом, окончательные формулы для кислотности гетерогенных буферных систем принимают вид к

С = С (5 )

ОН К + AP Щ

"ю

С +- С (")

Н К„,+ прйоН

Для протолитов с ПР>10 формулы принимают более простой вид

К

СОН М

1057853

Соотношения 5,5а, б,ба демонстрируют существенное свойство гетерогенных буферных систем.: щелочность или кислотность гетерогенного буфера пропорциональна концентрации прилитой щелочи или кислоты (c уче-. том разбавления ). Коэффициент прок порционапьнооки — поканык „+пр вает, во сколько раз уменьшается целочность или кислотность раствора целочи или кислоты при насыщении его малорастворимым протолитом.

Вместе с тем этот коэффициент показывает, во сколько раз уменьшится щелочность или кислотность в гетерогенной буферной системе при добавле нии целочи или кислоты с незабуферированными растворами. Таким образом,. этот постоянный по величине коэффициент является мерой ослабления 20 кислотноосновных свойств сильных .электролитов в гетерогенных буферных системах. В силу этого свойства гетерогенные буферные системы можно классифицировать как пропорциональ- 25 ные буферные системы.

Емкость (У) гетерогенного буфера - . мера его способности сопротивляться изменениям рН при добавлении кислоты -или целочи выражается как 30

d С СУС„.

Ji = — ш=- — =C, /6ge=2,3,.С . (ч) арН арН для систем, содержащих малорастворимяй протолит ГНА и щелочь в кон35 центрации с С . Для малорастворимого протолита ВОН к„содержащего сильную кислоту в концентрации С„, справедливо Сц dC„

Л= "2„3.ñ (Va)

Известная система. имеет максимальную емкость в случае, когда концент-:45 рация соли (диссоциированной формы протолита, получаемой при нейтрализации протолита целочью или кислотой составляет половину от обцей концентрации протолита

c:(c =;с --) .

При этом емкость равна». =1 15 Ñ@

Макс иди =1,15-С,. Таким образсйи, емкость гетерогенных буферных систем . вдвое превышает емкость известного у буферного раствора. гет 2Лклсассич ($ )

Амфотерные малорастворимые про« тслиты - амфолиты, каковыми, в част- 60 ности, являются многие .аминокислоты, способны к образованию гетерогенных . систем двух типов: в сочетании с растворами щелочей — щелочных буфе«

,ров, в сочетании с сильными кислотами — кислых. Целочность в буферах

1-го типа вычисляется по формулам (5 ) и(6 j для буферных систем 2-го типа справедливо .

К„К

СН,= и,+к К Ск ( (2 где К„ — первая константа диссоциации протонированной,формы аминоКВ кислоты К = —;

К - константа кислотной диссоциации аминокислоты по карбоксильной группе.

Пример 1. Бензоатный буфер.

К 0,6 г (0,005 моль) бензойной кислоты (ПР = 1,7-10 Чдобавляют

100 мл 0,25 М раствора бензоата натрия (0,025 моль) — соотношение

1:5, образуется гетерогенный буфер с рН 5,20+0,02.

К 3 г бензойной кислоты добавляют

100 мл 0,028 М раствора бензоата натрия — соотношение 10:1, образуется гетерогенный буфер с рН 4-,20+0,02..

К навеске кристаллической бензойной кислоты в 3 г добавляют 100 мл

О, 1 н. едкого натра и нагревают при перемешивании. Охлажденный до комнатной температуры раствор вместе с осадком - гетерогенный буфер с рН 4,80, изменяющий рН не более чем на 0,05 при добавлении

I0,001 г-экв кислоты или щелочи. . Пример 2. Нафтиламиновый буфер

К навеске 1,5 г (0 01 моль ) ос-наф тиламина (ПРап 10 .),добавляют 100 мл

0,02 М солянокислого нафтиламина (0,002 моль ) - соотношение 1:0,2 .. образуется гетерогенный буфер с рй

3, 70 0, 03 .

К навеске 0,3 r (0,802 моль) аС-нафтиламина добавляют 100 мл 0,1 И солянокислого нафтиламина (0,01 моль).соотношение 1:5, образуется гетерогенный буфер с рН 3,00+0,03. . К навеске кристаллического нафтиламина в 2,5 г добавляют 100 мл 0,1 н. соляной кислоты-и нагревают при перемешивании. Охлажденный раствор с осадком - гетерогенный буфер с рН 3,00, изменяюций рН не более чем на 0,05 при добавлении 0,001 г-экв кислоты или целочи.

Гетерогенные буферные систеьМ могут быть использованы в большинстве случаев, когда испольэуются и обыч— ные буферные растворы..Например, для изучения устойчивости растворов.антибиотика эритромицина в зависимости от кислотности используют гетерогенную буферную систему, состояцую из кристаллического ..аС-нафтиламина и его гидрохлорида . Для этого к трем

1057853 рН"" 0,1 г/экв/

ПР

Ф

"г-экв/л

Р створимость

Ф. о MQJxx,/л

Протолит

Константы дис социации при 20оС

К,,(К ) 3

Кислота:

1,35 10

1,3 10

1,88 10

4,72. 10 3

6,10 0,1

6,94 0,1

6,40

Энантовая

Капрнловая

5,40+0,05

6,24 0,05

7,24

7,78 7,48 0,1

Пеларгоновая

1,10 10

1,65-10 З

6,78 0,05

7,80+0,1

8,45 0,1

7,10+0,05

7,75+0,05

1 10

8.10-6

8, 7 "10"<

2,75 10

8,10

8,75

Каприновая

Лауриновая

Миристиновая

91 40 9110+0 к 1

6 10

8,8 -10

8,40+0,05

Салициловая

Бензойная

1 6 -10-2

2,6 "10

1,12 10

1,28 10

1 . 10-3

6,б.10

3,90+0,05

4,80 0у05

4,90+0,05

5,08+0,04

4, 90 ,5, 80

5,90

6,44

4, 60ф0,1

5,50ф0,1

5,, 60+0, 1

5,50+0,05

Нафтионовая

Азелаиновая сильк.

-3 ° 16

=5 " "10

-3 10

=5 ° 10 6

6,78 5,70 0,05

5,30+0,04

P †Нафтойная

4 10<

3,57 1„0 +

7 -10

1,3. 10 4

7,73 7,43ф0,1

7,60,7,30 0, 1 бр73+0,05

6,60+0,05

Мочевая р-Аминобензойная

65$ 1,10+0 1

6,50 6,2 0,1

2 55 10

2,55 10

К=4 ° 10-3

1 к141Г

1,8 0у05

5 5+0 05 навескам 1 r о(-нафтиламина добавляют 50 мл 0,1 н. 0,03 или 0,01 н. раствора соляной кислоты и слегка нагревают. По охлаждении к каждому из растворов добавляют 50 мл изучаемого раствора эритромицина; .В получен-5 ных растворах значения,рН составляют

3,32, 3,85 и 4,33 и сохраняются постоянными в течение 10 сут с.колебаниями, не превышающими 0,02.

Гетерогенный буфер, включающий р-нафтойную кислоту, используют для калибровки рН-метра. Для этого к трем навескам 1 г р-нафтойной кислоты добавляют о 50 мл 0,1 н., 0,03 н. и 0 01 н. раствора едкого натра и 15 после легкого нагревания, перемеши» вания и охлаждения до комнатной температуры измеряют значения рН над осадком. Измеренные значения рН составляют 6,75, 6,20, 5,26, Получен- у( ные гетерогенные буферы используют в дальнейшем для настройки рН-метра.

При этом настройка по любому из буферов приводит к максимальному отличию от первоначально установленных 5

Себациновая 5,95 -10+ значений у других буферов, не превышающему 0,02.

Описанные буферные системы используют вещества широкораспространенного класса и не требуют никакого специального оборудования, они просты в приготовлении и способны к длительному хранению при использовании обычных мер предосторожности. Аминокислотные буферы на основе тирозина, лейцина, триптофана способны подцерживать постоянство рН в щелочной области от 10 до 11,7 и, с другой стороны, в сильнокислой среде от рН 1,1 до рН 2. Использование жирных кйслот от энантовой до миристиновой обеспечивает плавное изменение рН в интервале от 5,4 до 9,1. Мочевая и иафтойная кислоты в составе .гетерогенных буферных систем обеспечивают поддержание постояйных значений рН вблизи нейтральной области рН от 6,5 до 7,5.

Все приведенные в таблице протолиты в составе гетерогенных буферных систем обеспечивают удвоенную в сравне". нии с известными буферами емкость. !

1057853

Продолжение таблицы ф- нафтил амин

Использование предлагаемой буферной системы позволяет значительно рас«

ыирить диапазон буферности и увеличить ее емкость, что является необ-. ходимым; при проведении ряда айализов.

Составитель В. Гладков

Редактор М. Ткач Техред Е.Кастелевич Корректор О.Билак

В Заказ 9577/47, Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

I по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "патент", и. Ужгород, ул. проектная, 4

1 19. 10-2 К,=8,36 10 12 О 2 30+0,1 3 О+О 05

Тирозин 2,5.10 3 K=4 10 12,0 11,7 0,1 11+0,05

d,f Лейцин 7,17. 10 Ку5-10 10,85 1,5 0,1 2,2+0,05

К =2 "10 10,85 10,85ф0,1 9 85+0,05

Триптофан 5.10 K„=5.,4. 10 3 10,68 1,3 0,1 2,0+0>05

5 10 K=4 2 ° 10 10,68 10,4 0,1 9, 7 0, 05. еееае ее "Величины ПР. протолитов рассчитаны из табличных данных по растворимости и константам диссоциации протслитов и приведены в виде 18 ПР; рН в растворе над осадком протолита в присутствии 0,5 или 0,1 г-экв/л фФ целочи или сильной кислоты, Пределы измерения рИ при добавлении к буферной системе 0,1 или 0,01 r-экв/л целочи или сильной кислоты.