برای درک اینکه محلول بافر چیست، ابتدا درک این نکته مفید است که بسیاری از واکنش های شیمیایی طبیعی و فرآیندهای بیولوژیکی نیاز به یک محلول خاص دارند. محدوده pH – از 0-14 – به منظور انجام. به عنوان مثال، pH ایده آل خاک برای رشد برنج 6 است. اگر سطح pH بیش از حد بازی یا خیلی اسیدی شود، برنج یا به درستی رشد نمی کند یا می میرد.
محلول بافر نوعی محلول است که به سختی PH خود را تغییر می دهد حتی اگر مقدار کمی اسید یا باز به آن اضافه شود. به عنوان خنثی کننده اسید و باز عمل می کند. این ترکیبی از اسید ضعیف و باز مزدوج است یا برعکس.
چرا تعادل pH مهم است؟
بسیاری از فرآیندهای مصنوعی و بیولوژیکی یا طبیعی نیاز به تعادل pH دارند. یک محلول بافر اغلب برای حفظ این تعادل ضروری است. به عنوان مثال، یک محلول بافر طبیعی مهم را می توان در خون یافت. این محلول بافر شامل یونهای اسید کربنیک و بی کربنات است:
اچ2CO3 + اچ2O <==> HCO3– + اچ3O+
سمت چپ معادله شیمیایی اسید ضعیف را نشان می دهد در حالی که سمت راست نشان دهنده باز مزدوج است. PH خون باید بین 6.8 تا 7.8 حفظ شود. اگر سطح pH از این محدوده خارج شود، ممکن است فرد به شدت بیمار شود یا بمیرد زیرا بسیاری از آنزیمهای بدن که برای عملکردهای مختلف ضروری هستند ممکن است از کار بیفتند.
میکروارگانیسم ها، از جمله پاتوژن ها، به طور مطلوب در محدوده pH بین 6.0 و 7.5 رشد می کنند. اکثر میکروارگانیسم ها در محیط هایی با PH اسیدی 4.6 و کمتر یا PH پایه 11 و بالاتر می میرند. این واقعیت برای صنایع غذایی مهم است.
محلول های بافر برای چه مواردی استفاده می شوند؟
تعادل اسید و باز در بسیاری از فرآیندهای تجاری و صنعتی بسیار مهم است. از جمله فرآیندهایی که نیاز به حفظ محدوده خاصی از pH دارند عبارتند از:
- تولید نوشیدنی ها (شراب، آبجو، الکل و غیره)
- فرآوری و نگهداری مواد غذایی
- آبزی پروری، آکواریوم و مخازن ماهی
- کشاورزی، از جمله هیدروپونیک
- تصفیه آب آشامیدنی
- تصفیه فاضلاب
- نگهداری استخر
- تولید انرژی های تجدیدپذیر
- آبکاری قطعات مکانیکی
- تولید مواد شیمیایی مانند کودها و رنگهای رنگی برای پارچه
- تولید داروها
این فرآیندهای مختلف به تغییر در سطوح pH حساس هستند. از این رو، بسیاری از آنها نیاز دارند محلول های بافر و محیط های کنترل شده به عنوان مثال، بی کربنات معمولا به عنوان یک بافر برای حفظ سطح pH استخرها استفاده می شود.
pH محلول بافر چقدر است؟
سطوح pH محلول های بافر بسته به نوع محلول و اسیدیته یا قلیاییت خاص مورد نیاز واکنش دهنده ها، سیستم ها یا فرآیندها بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، در طول فرآیند تخمیر برای تهیه شراب، مخلوط vat باید در سطح اسیدی نگهداری شود. عامل تخمیر، مخمر، محدوده PH بین 4 تا 6 را ترجیح می دهد.
محدوده سطح pH ایده آل برای تخمیر شراب قرمز بین 3.5 تا 3.8 است. اسیدیته نسبتاً بالا برای خنثی کردن تمایل یون های پتاسیم که از پوست انگور خارج می شوند، مورد نیاز است. شستشوی پتاسیم باعث افزایش سطح pH مخلوط می شود.
برای حفظ محدوده اسیدی ایده آل مخلوط تخمیر شراب، از محلول ساده بی تارتارات پتاسیم اشباع با غلظت 1% یا 10 گرم در لیتر استفاده می شود. این می تواند سطح pH 3.56 را ارائه دهد. در همین حال، محلول اسید استیک با غلظت 0.1M می تواند pH 2.9 را ارائه دهد.
نقش بافرها در واکنش های بیوشیمیایی
محلول های بافر برای حفظ عملکرد کارآمد مواد آلی در محیط های تجربی مورد نیاز است. این به ویژه برای برخی از آنزیم هایی که به عنوان کاتالیزور برای واکنش های بیوشیمیایی عمل می کنند، صادق است. این کلاس ها از آنزیم ها برای عملکرد به شرایط کمی اسیدی تا قلیایی نیاز دارند:
- ترانسفرازها – این آنزیم ها مسئول انتقال یا جابجایی گروه های عاملی از یک مولکول به مولکول دیگر هستند. یک مثال آلانین آمینوترانسفراز است که گروه آلفا آمینه را بین آلانین و آسپارتات به هم می زند. این آنزیم ها به محدوده PH بین 6.5 تا 7.5 نیاز دارند. برای حفظ این محدوده معمولا از بافرهای فسفات استفاده می شود.
- هیدرولازها – این آنزیم ها از طریق هیدرولیز به جدا کردن پیوندهای مولکولی مولکول های آلی کمک می کنند. در حالت ایده آل، pH 8.0 مورد نیاز است. می توانید از بافرهای باربیتال، بافرهای تریس و بافرهای فسفات استفاده کنید.
- لیازها – از نظر عملکرد، این آنزیمها شبیه هیدرولازها هستند، اما پیوند دوگانه در یکی از مولکولها بر جای میگذارند. برای حفظ محدوده pH بین 7.0 و 8.5 می توانید از همان بافرهایی که در هیدرولازها استفاده می شود استفاده کنید.
- ایزومرازها – این آنزیمها گروههای عاملی را از یک مولکول به مولکول دیگر منتقل میکنند و ایزومرها (فرمول یکسان اما آرایش مولکولی متفاوت) را از مولکولهای درگیر تشکیل میدهند. محدوده pH ایده آل 7.0 تا 8.5 را می توان با استفاده از بافرهای تریس، بافرهای فسفات و بافرهای باربیتال حفظ کرد.
- لیگازها – این آنزیم ها به کاتالیز کردن تشکیل پیوندهای مولکولی جدید کمک می کنند. آنها مولکول هایی را که انرژی بالایی دارند متراکم و هیدرولیز می کنند. آنها به محدوده pH بین 7.0 تا 8.0 نیاز دارند. بافرهای تریس و بافرهای فسفات بیشتر برای این آنزیم ها مناسب هستند.
محلول های بافر چگونه کار می کنند؟
برای نشان دادن نحوه عملکرد محلول های بافر، در اینجا یک مثال معمولی از محلول بافر اسیدی آورده شده است – مخلوطی از اتانوئیک اسید و اتانوات سدیم. اسید اتانوئیک نوعی اسید ضعیف است که دارای تعادل شیمیایی در محلول آبی است که می توان آن را به صورت زیر نوشت:
CH3COOH (ق) <==> CH3COOH–(ق) + اچ+(ق)
هنگامی که اتانوات سدیم را اضافه می کنید، یون های اتانوات بیشتر تعادل را بیشتر به سمت چپ منحرف می کند. این بدان معنی است که این محلول اسیدی است و دارای یون های هیدروژن زیادی است اما یون های اتانوات زیادی نیز دارد. هنگامی که یک اسید اضافه می کنید، یون های هیدروژن اضافی با یون های اتانوات واکنش داده و اسید اتانوئیک تشکیل می دهند و یون های هیدروژن اضافی را حذف می کنند.
هنگامی که یک قلیایی را به محلول بافر اضافه می کنید، مولکول های هیدروکسید اضافی با اسید اتانوئیک واکنش داده و یون های اتانوات و آب را تشکیل می دهند. یون های هیدروکسید همچنین می توانند با یون های هیدروژن واکنش داده و آب را تشکیل دهند.
نمونه هایی از محلول های بافر
راه حل های بافر یا هستند اسیدی یا قلیایی راه حل ها این محلول ها یون های هیدروژن اضافی یا یون های هیدروکسید اضافی را از طریق واکنش های شیمیایی حذف می کنند. محصول فرعی دقیق ممکن است بسته به نوع بافرها متفاوت باشد. نمونه هایی از بافرهای رایج هستند:
- افزودنی های سیترات – به کاهش تغییر رنگ میوه کمک می کند
- سیترات پتاسیم – یک آنتی اکسیدان و افزودنی بافر که معمولا در کیک، بیسکویت و مربا یافت می شود.
- سیترات سدیم – یک افزودنی غذایی همه کاره که در برابر تغییر اسیدیته مقاومت می کند. معمولاً به مربا و ژله اضافه می شود
- سیترات کلسیم – معمولاً در نوشیدنی های گازدار برای تنظیم اسیدیته
- تارتارات پتاسیم – به عنوان یک بافر در شراب سازی و تولید نان استفاده می شود
عوامل بافر و محدوده pH آنها
محلول های بافر ترکیبی از اسید ضعیف و باز مزدوج یا بالعکس هستند. آنها بسته به عوامل بافر نامگذاری می شوند.
اینها چند عامل بافر ساده با محدوده pH مفید مربوطه هستند:
- اسید سیتریک 2.1-7.4
- استیک اسید 3.8-5.8
- مونوپتاسیم فسفات 6.2-8.2
- بورات 8.25-10.25
نحوه ذخیره محلول های بافر
انواع مختلف محلول های بافر به شرایط محیطی خاصی نیاز دارند زمان ذخیره سازی طولانی تر. به طور معمول، اگر یک بافر فنی درجه تجاری را در یک ظرف باز نشده بماند، می توانید تا دو سال ذخیره کنید. با این حال، اگر آن را باز کنید، ممکن است فقط بین سه تا شش ماه دوام بیاورد.
برعکس، محلول های بافر قلیایی در هنگام باز شدن دوام زیادی ندارند. عمر مفید این محلول ها یک ماه است. قرار گرفتن در معرض هوا عمر مفید آن را کوتاه می کند.
چه محلول بافر اسیدی یا بازی داشته باشید، باید آن را در ظروف پلاستیکی دربسته یا در بطری های Stoppard نگهداری کنید. همچنین حفظ دمای اتاق ذخیره سازی بین 15 تا 25 درجه سانتی گراد بسیار مهم است. ممکن است لازم باشد آن را در یخچال بگذارید.
محلول های بافر را از کجا بخریم
بسته به نوع راه حل های بافر و هدف شما، طیف وسیعی از گزینه ها را در اختیار دارید. به عنوان مثال، می توانید یک محلول بافر برای باغبانی هیدروپونیک از یک فروشگاه باغبانی خریداری کنید. همچنین می توانید به صورت آنلاین یا از فروشگاه های مواد شیمیایی سفارش دهید.
با این حال، اگر به راهحلهای بافر صنعتی در مقادیر بیشتر نیاز دارید، میتوانیم کمک کنیم. ما طیف گسترده ای از محلول های بافر را بسته به سطح pH مورد نیاز شما ارائه می دهیم. ما همچنین محلول های بافر آمونیاک را می فروشیم. اگر سوالات فنی در مورد راه حل های بافر دارید، کارشناسان ما راه حل هایی را در اختیار شما قرار می دهند.
محلول بافر بخرید از یکی از تامین کنندگان پیشرو مواد شیمیایی در ایران.