KH2PO4 против K2HPO4: Понимание ключевых различий в фосфатных буферах

В этой статье объясняются различия между KH2PO4 (дигидрофосфат калия) и K2HPO4 (дипотассий -гидрофосфат), двумя распространенными компонентами растворов фосфатного буфера. Мы углубимся в их химические свойства, как они функционируют в буферах и как выбрать правильный для ваших конкретных потребностей. Независимо от того, являетесь ли вы опытным исследователем или только начинаете работу в лаборатории, понимание этих различий жизненно важно для точных экспериментальных результатов. Это обязательно прочитать Для тех, кто работает с буферными решениями в области биологии, химии или соответствующих областей.

Что такое фосфатный буфер? Объяснение

A буфер Решение является важным инструментом во многих научных экспериментах. Его основная задача - противостоять изменениям в рН Когда небольшое количество кислота или база есть добавленПолем Это важно, потому что многие химические реакции, особенно в биологических системах, очень чувствительны к изменениям pH.

Фосфатные буферы, в частности, широко используются, потому что они могут буфер В диапазоне значений рН и совместимы со многими биологическими системами. Они сделаны с использованием различных форм фосфат, молекула, которая содержит фосфор и кислород. Типичный фосфатный буфер мощь содержать смесь Х2ПО4 (дигидрофосфат калия) и К2HPO4 (дипотассий водород фосфат) Удельное соотношение этих двух компонентов определяет окончательный рН принадлежащий буфер.

В чем разница между KH2PO4 и K2HPO4?

Ключ разница между Х2ПО4 и К2HPO4 лежит в количестве водород (H) атомы они содержать.

• Х2ПО4 (Дигидрофосфат калия): это соединение также известно как монобазное калий фосфатПолем У него два водород атомы. Когда растворяется в воде, он действует как слабый кислота, пожертвовать протон (H+) решение.

• К2HPO4 (Дипотассийво -водородфосфат): это соединение также известно как Dibasic калий фосфатПолем У него есть только один водород атом. При растворении в воде он действует как слабая основание, принимая протон (H+) из решение.

Эта, казалось бы, небольшая разница в химической структуре приводит к значительным различиям в их поведении в растворе. Х2ПО4 способствует кислотным свойствам буфер, пока К2HPO4 способствует основному (или щелочный) характеристики.

Как KH2PO4 и K2HPO4 работают вместе в буферном решении?

Х2ПО4 и К2HPO4 работать вместе в виде сопряженной кислотно-основной пары, чтобы создать фосфатный буферПолем Реакция равновесия может быть представлена ​​следующим образом:

H2PO4- (aq) + H2O (L) ⇌ HPO42- (aq) + H3O + (aq)

• Х2ПО4 предоставляет H2PO4- (Дигидрогенфосфат) ионы.
• К2HPO4 предоставляет HPO42- (водород фосфат) ионы.

Когда небольшое количество кислота (H+) есть добавлен в буферионы HPO42 реагируют с кислота, смещение равновесия влево и минимизировать изменение в рНПолем Когда небольшое количество основания (OH-) добавленионы H2PO4 реагируют с основанием, сдвигая равновесие вправо и снова минимизируя изменение в рНПолем Эта способность сопротивляться изменениям pH - это то, что делает буфер Так полезно. Соотношение будет добавлять в результате.

Как приготовить фосфатный буферный раствор с KH2PO4 и K2HPO4?

К подготовить a фосфатный буфер Решение, вам понадобится:

1. Х2ПО4 (калий -дигидрофосфат)
2. К2HPO4 (дипотассий водород фосфат)
3. Дистиллированная вода
4. PH -метр
5. Стаканы и перемешивающее оборудование

Вот общая процедура (всегда обращайтесь к конкретному протокол за желаемую рН и концентрация):

1. Определите желаемый pH и концентрацию вашего буфера. Например, вы можете понадобиться 0,1 млн. фосфатный буфер при pH 7,2.

2. Рассчитайте количество необходимого KH2PO4 и K2HPO4. Вы можете использовать Henderson-Hasselbalch уравнение или онлайн буфер калькуляторы для определения правильного соотношение двух компонентов. Уравнение Хендерсона-Хассельбалх:
   pH = pka + log ([hpo42-]/[h2po4-])
   Где PKA является постоянной, связанной с фосфат Ион (приблизительно 7,2 для второй диссоциации фосфорической кислота)

3. Рассчитайте моли KH2PO4 и K2HPO4 в буфере, затем добавлять соответствующий молярный вес, который скажет вам, сколько граммов добавить к решение.

4. Растворить рассчитанные массы Х2ПО4 и К2HPO4 в объеме дистиллированной воды, которая немного меньше, чем ваша последняя желаемая объемПолем Например, если вы хотите 1 литр буфер, Начните с 800 мл воды.

5. Размешайте раствор, пока соли не будут полностью растворены.

6. Используйте pH -метр для измерения pH раствора.

7. При необходимости отрегулируйте pH, добавив небольшое количество концентрированного раствора либо kh2po4 (для снижения pH), либо K2HPO4 (для повышения pH).

8. Как только желаемый рН достигнут, добавьте дистиллированную воду, чтобы довести раствор до конечного желаемого объема.

Каков диапазон pH фосфатного буфера?

Фосфатные буферы наиболее эффективны в рН Диапазон приблизительно от 6,0 до 8,0. Это потому, что PKA водород фосфат/дигидроген фосфат равновесие составляет около 7,2. А буферизация самый высокий, когда рН близко к значению PKA. Хотя это наиболее эффективно около 7.2, он может буфер в диапазоне значений, в том числе слегка щелочный 7.4.

Тем не менее, важно отметить, что эффективное буфер Диапазон может быть слегка расширен в зависимости от приемлемой толерантности к рН изменить конкретное приложение. А фосфатный буфер может все еще предоставить некоторые буферизация емкость за пределами этого диапазона, но она будет менее эффективной для сопротивления рН изменения. А фосфатный буфер Диапазон идеально подходит для многих биологических применений.

Как мне выбрать между KH2PO4 и K2HPO4 для моего эксперимента?

Выбор между использованием Х2ПО4 или К2HPO4 один или в сочетании, полностью зависит от желаемого рН вашего решение.

• Если вам нужен кислый решение, вы бы использовали в основном Х2ПО4.
• Если вам нужен базовый или щелочный решение, вы бы использовали в основном К2HPO4.
• Если вам нужен нейтральный или нейтральный рН, вам нужно будет использовать смешивание обоих Х2ПО4 и К2HPO4 Чтобы создать буферПолем Точное соотношение из двух будут зависеть от конкретных рН Вы пытаетесь достичь.

Редко использует только одно из этих соединений в условиях исследования. Чаще всего вы стремитесь создать буфер решение для стабилизации рН реакции или решение.

Могу ли я использовать фосфорную кислоту (H3PO4), чтобы сделать фосфатный буфер?

Да, вы можете использовать фосфорная кислота (H3PO4) к подготовить a фосфатный буферПолем Однако, фосфорная кислота это трирозический кислота, то есть он имеет три ионизируемых атома водорода. Это приводит к трем различным этапам диссоциации, каждый со своим собственным значением PKA:

1. H3PO4 ⇌ H + + H2PO4- (PKA1 ≈ 2,15)
2. H2PO4- ⇌ H + + HPO42- (PKA2 ≈ 7,20)
3. HPO42- ⇌ H + + PO43- (PKA3 ≈ 12,35)

Сделать буфер с использованием H3PO4, вы обычно бы добавлять сильная база, как Ко (гидроксид калия) или натрия гидроксид (NAOH), чтобы частично нейтрализовать кислота и создать желаемый соотношение из фосфат разновидность. Например, чтобы создать буфер вокруг рН 7, вы бы добавлять Достаточно основания, чтобы достичь второй стадии диссоциации, создавая смесь H2PO4- и HPO42-. А буфер зона для фосфорная кислота распространяется на несколько диапазонов.

С использованием H3PO4 может быть более сложным, чем использование Х2ПО4 и К2HPO4 напрямую, как вам нужно тщательно контролировать количество базы добавлен Чтобы достичь желаемого рНПолем Однако это может быть полезным подходом, если у вас есть только фосфорная кислота Доступно или хочу создать решение с более высоким ионная сила.

Почему KH2PO4 - это кислота, а K2HPO4 - основная?

Кислотность Х2ПО4 и основность К2HPO4 Относитесь непосредственно к их химическим структурам и тому, как они взаимодействуют с водой.

• KH2PO4 (дигидрофосфат калия): Когда Х2ПО4 Растворяется в воде, он диссоциирует на ионы K+ и ионы H2PO4. А Дигидрогенфосфат ион (H2PO4-) может действовать как слабый кислота, пожертвовать протон (H+) воду:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  Образование H3O+ (ионов гидрония) увеличивает кислота концентрация в решение, делая это кислым.

• K2HPO4 (дипотассий -водородфосфат): Когда К2HPO4 Растворяется в воде, он диссоциирует на ионы 2K+ и ионы HPO42. А водород фосфат ион (HPO42-) может действовать как слабая основа, принимая протон (H+) из воды:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  Формирование OH- (гидроксид-ионы) увеличивает основание концентрация в решение, делая это основным или щелочный.

Как отрегулировать pH фосфатного буфера?

Регулировка рН из фосфатный буфер это обычное техника в лабораторияПолем Вот как это сделать:

1. Измерьте начальный pH: Используйте калиброванный pH -метр, чтобы точно измерить рН вашего буфер решение.
2. Решите направление корректировки: Определить, нужно ли вам увеличить или уменьшить рН.
3. Добавьте соответствующее решение:
   • Чтобы снизить рН (сделать его более кислым): Медленно добавлять разбавление решение из Х2ПО4 или разбавление решение сильного кислота нравиться Hcl (гидрохлор кислота), при постоянном контроле рН с pH -метром.
   • Чтобы поднять pH (сделать его более базовым/щелочным): Медленно добавлять разбавление решение из К2HPO4 или разбавление решение сильной базы, как Ко (гидроксид калия) или NaOH (натрия гидроксид), непрерывно контролируя рН с pH -метром.
4. Тщательно перемешать: Обеспечить решение хорошо смешан после каждого дополнения.
5. Остановитесь, когда достигнут желаемый pH: Продолжайте добавлять корректировку решение небольшими приращениями, пока pH -метр не прочтет желаемый рН ценить. Будьте осторожны, чтобы не превзойти.

Важное примечание: Всегда добавлять корректировка решение медленно и в небольших количествах, непрерывно перемешивая и контролируя рНПолем Это предотвращает радикально рН изменяется и обеспечивает буфер поддерживает его буферизацияПолем Вы можете ссылаться Химический ацетат натрия Канда Документация для смешивания лучших практик с аналогичными химическими веществами.

Каковы некоторые общие применения фосфатных буферов?

Фосфатные буферы невероятно универсальны и используются в широком спектре приложений, в том числе:

• Биологическое исследование: Поддержание рН клеточных культур, белок Решения и ферментные реакции. PBS Решение, например, фосфат буферированный физиологический раствор.
• Молекулярная биология: ДНК и РНК экстракция, электрофорез и другие молекулярный биология методы.
• Биохимия: Изучение кинетики фермента, белок Очистка и другие биохимические процессы.
• Химия: Как буфер В химических реакциях и титровании.
• Фармацевтическая промышленность: Сформулирование лекарств и лекарств.
• Пищевая промышленность: Контроль рН в пищевой обработке и сохранении.
• Промышленные обработки воды: Химические вещества Канда предлагают разнообразные фосфаты которые часто используются при очистке воды.

Биосовместимость и настраиваемая рН диапазон фосфатные буферы Сделайте их ценным инструментом во многих различных областях. Конкретный концентрация и рН принадлежащий буфер будет выбран на основе требований конкретного приложения.

Устранение неполадок подготовки фосфатного буфера

Вот некоторые общие проблемы, возникающие при подготовке фосфатные буферы и как их решить:

• pH не стабилен:

  • Убедитесь, что ваш pH -метр правильно откалиброван. Используйте свежую калибровку буферы и следуйте инструкциям производителя.
  • Убедитесь, что соли полностью распущены. Помешать решение Тщательно, пока не останется твердые частицы.
  • Используйте высококачественные чистые химические вещества. Примеси могут повлиять на рН и буферизация. Химическое вещество Канда гордится чистотой.
  • Проверьте на загрязнение. Убедитесь, что ваша стеклянная посуда и вода чистые и без загрязняющих веществ.
  • Вы добавили все компоненты? Проверьте, что правильно масса для всех компонентов.

• pH слишком высокий или слишком низкий:

  • Дважды проверьте свои расчеты. Убедитесь, что вы использовали правильное количество Х2ПО4 и К2HPO4.
  • Тщательно отрегулируйте pH используя разбавленные решения Х2ПО4 (чтобы опустить рН) или К2HPO4 (чтобы поднять рН) или разбавление Hcl или Ко Как описано выше.

• Осадить формы в буфере:

  • Это может произойти, если концентрация буфера слишком высока. Попробуйте разбавить буфер.
  • Некоторые фосфатные соли имеют ограниченную растворимость. Убедитесь, что вы не превышаете предел растворимости соли Вы используете.
  • Температура может повлиять на растворимость. Некоторый фосфат Соли менее растворимы при более низких температурах.
  • ЗагрязнениеПолем Убедитесь, что вы химический Реагенты свободны от загрязнения и что вы работаете в стерильных условиях, свободных от внешних загрязнений.

• Не могу получить желаемый pH

  • Если вы последовали протокол и вы не достигаете заявленного pH, попробуйте посмотреть Интернет. Researchgate имеет надежное сообщество ученых, которые делятся своим опытом, и вы можете найти объяснениеПолем Если вопрос о вашем конкретном фосфатном буфере не был спросил, вы можете иметь отношение к Ваш вопрос с аналогичным.

Ключевые выводы

• Х2ПО4 (калий Дигидрогенфосфат) и К2HPO4 (дипотассий водород фосфат) являются ключевыми компонентами фосфатные буферы.
• Х2ПО4 кислый, в то время как К2HPO4 является основным.
• А соотношение из Х2ПО4 и К2HPO4 определяет рН принадлежащий буфер решение.
• Фосфатные буферы эффективны в рН Диапазон от 6,0 до 8,0.
• Ты можешь Приготовьте фосфатные буферы с использованием Х2ПО4 и К2HPO4, или путем титрования фосфорная кислота (H3PO4) с сильной базой.
• Осторожный рН Корректировка и устранение неполадок необходимы для успешного буфер подготовка.
• Если вы готовите буфер от H3PO4 титровать с Ко до решение достигает желаемого pH.
• Чтобы пойти от Х2ПО4 к К2HPO4 Вам нужно будет Добавить Ко.
• Для обратного использования Hcl.

Это всеобъемлющее руководство обеспечивает прочную основу для понимания и использования фосфатные буферы в вашей работе. Не забудьте всегда проконсультироваться с конкретными протоколами и рекомендациями по безопасности для ваших экспериментов. Удачи.