Буферная система

.801 057853 А СООЗ СОВЕТСКИХссцвлнпавсиикРЕСПУБЛИН 359 01 М 31 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСНСЭНУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДЮ СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕЧИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Бейтс Р. Определение рН,теория и практика. Л., фХимияф,1978, с.397,2. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии, 1., пХимияф, 1965,с,231 (прототип)(54) (57) БУФЕРНАЯ СИСТЕИА; содержащая протолит и растворимую сольпротолита, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью расзаирения диапазона буФерности по шкале .рН и увеличения буферной емкости, в качестве протолита она содержит кислотуили основание с произведением растворимости 10 г 2- 10 упри мольиом со:отногггении протолит - растворимаясоль протолита, равном 1 г 0,1-5.1057853 лоты и равная ей концентрация ацетата натрия 2 .Однако указанная буфернаятема характеризуется малой ширинойдиапазона рН и недостаточной буферной емкостью.Цель изобретения - расширениедиапазона буферности по шкале рН иувеличение буферной емкости.Поставленная цель достигается О тем, что буферная система, содержащая протолит и растворимую соль протолита, в качестве протолита содержит кислоту или основание с произведением растворимости 10 - 10 6 при 5 мольном соотношении протолит-растворимая соль протолита,. равном1 з 0,1-5.Особенностью таким гетерогенныхдвухкомпонентных систем является 20 постоянство концентрации недиссоциированных молекул протолита в растворе. нфЕА 3 НА -ПРНЬ К 1, НА 3 рН А 1 Н 3 ГА 3НА 3 ОН 3 кр В+ + ОН1 В+3 ОН 3.(,ВОН 3 = ПРОНВОНПРщ (1 а) для основного протолита61 где ПРнди ПР - произведениярастворимости малорастворимых прото- литов НА и ВОН;К 1, и К 6 - константы их диссоциации.Добавка щелочи к раствору, содержащему малорастворимый 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 изменения концентрации сопряженной Формы протолита Р НА р+: - : - Р 31 А 3 .ш,60 С +й С (6 ею) е60 й Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способамполучения буферных систем, т.е, сис-тем, способных поддерживать кислотность водных растворов - величинурН на определенном уровне,Известны буферные гомогенныерастворы - концентрированные растворы сильных, растворимых в водепротолитов - минеральных кислоти щелочей 1,1.Недостатком известных буферныхсистем является малая ширина диапазона рН,Наиболее близкой по составу кпредлагаемой является гомогеннаябуферная 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 С1,где С - концентрация уксусной кисгде Сш и С- концентрации щелочи или кислоты, прибавленной к протолиту,=ПР Для кислого протолита (1) К - ионное произведение воды, множитель 8 - степень нейтрали-, зации кристаллического протолита НА 3 щелочью или ВОН 3 р- 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 .ПРв =р,к (цЧР таким образом, окончательные Формулы для кислотности гетерогенных буферных систем принимают видКС = С ( б)ОН К + ОРЛА М"юс,. С (Ф)К +првоДля протолитов с ПР)10 ф Формулыпринимают более простой видКОН-М щ (НАСоотношения 5,5 а, б,ба демонстрируют существенное свойство гетерогенных буферных систем; щелочностьили кислотность гетерогенного буфера пропорциональна концентрацииприлитой щелочи или кислоты (с уче-.том разбавления ). Коэффициент пропорционапьноози - показыК +Повает, во сколько раз уменьшаетсяцелочность или кислотность растворацелочи или кислоты при насыщенииего малорастворимым протолитом.Вместе с тем этот коэффициент показывает, во сколько раз уменьшитсящелочность 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 20кислотноосновных свойств сильных,электролитов в гетерогенных буферныхсистемах, В силу этого свойствагетерогенные буферные системы можноклассифицировать как пропорциональные буферные системы.Емкость (У) гетерогенного буфера -.мера его способности сопротивлятьсяизменениям рН при добавлении кисло"ты или целочи выражается как 30с 3 С ИС,, Л: - ":- - ":С гЕе:З,.С (ч)ЗРИ ОРК Щ =Щдля систем, содержащих малорастворимзй протолит ГНА 3 и щелочь в кон 35 центрации с Сщ. Для малорастворимого протолита ЕВОН, содержащего сильную кислоту в концентрации С , справедливоЯСц аС40Н. =1,Э Ск (Ъа) .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 протолитаС:С: -ф-;С: -50 При этом емкость равнаю. =1,15 Сюкс ф иди =1,15 С,. Таким образсйи, емкость гетерогенных буферных систем . вдвое превышает емкость известного 55 буферного раствора) гет 2 клсзссич (8 )Амфотерные малорастворимые протслиты - амфолиты, каковыми, в частности, являются многие .аминокислоты,способны к образованию гетерогенных .систем двух типов: в сочетании срастворами щелочей - щелочных буфезров, в сочетании с сильными кислотами - кислых. Целочность в буферах1-го типа вычисляется по формулам(5 ) и(6 ) для буферных систем 2-готипа справедливо 1 1СН+= Пр+К К Ск2где К - первая константа диссоциации протонированной,формы аминокислоты К 1= - )8К - константа кислотной диссоциации аминокислоты по карбоксильной группе.П р и м е р 1. Бензоатный бу.Фер.К 0,6 г (0,005 моль) бензойнойкислоты (ПР = 1,7.10 Чдобавляют100 мл 0,25 М раствора бензоатанатрия (0,025 моль) - соотношение1:5, образуется гетерогенный буфер с рН 5,20+0,02,К 3 г бензойной кислоты добавляют100 мл 0,025 М раствора бензоатанатрия - соотношение 10:1, образуется гетерогенный буфер с рН 4,20+0,02К навеске кристаллической бензойной кислоты в 3 г добавляют 100 млО,1 н. едкого натра и нагревают приперемешивании. Охлажденный до комнатной температуры раствор вместес осадком - гетерогенный буфер срН 4,80, изменяющий рН не болеечем на 0,05 при добавлении0,001 г-экв кислоты или щелочи.( 0,002 моль ) - соотношение 1:0,2 . образуется гетерогенный буфер с рй3, 700, 03.К навеске 0,3 г (0,002 моль) оС-наФтиламина добавляют 100 мл 0,1 М 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 0,05при добавлении 0,001 г-экв кислотыили целочи.Гетерогенные буферные систеьМ могут быть использованы в большинствеслучаев, когда испольэуются и обыч -ные буферные растворыНапример, дляизучения устойчивости растворов.антибиотика эритромицина в зависимостиот кислотности используют гетерогенную буферную систему, состояцую изкристаллического .,фС-нафтиламина иего гидрохлорида. Для этого к трем"г-экв/л Р створимостьФ.0 моль/л Протолит Константыдиссоциациипри 20 оСК(К 3 2 Кислота: 1, 35101,3 10 1,88 10- 4,72.10 3 б)100)1 6)940)1 6,40 ЭнантоваяКапрнловая 5)40+0)05 б)2410)05 7,24 7,78 7)480)1 Пеларгоновая 1,10 10 1,65.10 З 6)780)05 7,80+0,1 8,450)1 7,10+0,05 7,75+0,05 1 10 "8 10" 8, 7 "10"ф2,7510 8,10 8,75 Каприновая Лауриновая Миристиновая 9) 40 9)10+0)1 б. 10 8,8.10 5 8,40+0,05 СалициловаяБензойная 1,610 г2,6 101,12 101,28 101.10 3б,б, 10 ф 3,90+0,05 4)8010)05 4,90+0,05 5,08+0,04 4, 90 .5,80 5,90 6,44 4)600)1 5)500)1 5., 60+0, 1 5,50+0, 05 Нафтионовая Азелаиновая сильв,-31(Г7 101, 310" 4 7,73 7)43+0)1 7)60,7) 300 ) 1 б)73+0,056,60+0,05 Мочевая р-Аминобензойная 6)59 1,10+0,16,50 6,210)1 2 5510 г 2,5510 Кщ 410 31Ку 1) 4101)80)05 5,5+0,05 навескам 1 г о 6 -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 полученных 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 10 -нафтойную кислоту, используют для калибровки рН-метра. Для этого к трем навескам 1 г р-нафтойной кислоты добавляют но 50 мп 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, 5,76, Полученные гетерогенные буферы используют в дальнейшем для настройки рН-метра. При этом настройка по любому из бу" Феров 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 4- наФтиламин Использование предлагаемой буФерной системы позволяет значительно рас юирить диапазон буферности и увеличить ее емкость, что является необ-. ходимюм; при проведении ряда айализов. Составитель В. ГладковРедактор М, Ткач Техред Е,Кастелевич Корректор О.Билакй Заказ 9577/47, Тираж 873 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-З 5, Рауыская наб., д. 4/5Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1,19 ф 10 ., К=8,361 Ф 12,О 2,30+0,13,0+0,05Тирозин 2,5 10 3 К=4 1012,0 11,70,1 11+0,05я=д.,Й Лейцин 7,17 10 Ку 5.10 з 10,85 1,50,1 2,2+0,05К=2"1010,85 10,8510,1 9,85+6,05ТриптоФан 5 10 К=5.,4. 10 3 10,68 1,310,1 2,0+О 05ф5 10" Ку 4,2 1010,68 10,40,1 9,70,05.юеееееаеаевеличины ПР. протолитов рассчитаны из табличных данных по растворимостии константам диссоциации протслитов и приведены в виде 18 ПР,рН в растворе над осадком протолита в присутствии 0,5 или 0,1 г-экв/лцелочи или сильной кислоты,Пределы измерения рН при добавлении к буФерной системе 0,1 или 0,01 г-экв/лцелочи или сильной кислоты.