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实验室基本操作(3)

时间:2006-05-19 22:20来源:本站原创 作者:admin 阅读:

    ⑴ Brönsted-Lowry酸碱理论(又称酸碱质子理论)。1923年由丹麦化学家J.N.Brönsted和英国化学家T.M.Lowry同时提出了酸碱质子学说,发展了酸碱理论,被后人称为酸碱质子理论或Brönsted-Lowry酸碱理论。他们认为凡能释放质子的分子或离子(如:H2O,HCl,NH4+,HSO4— 等)称为酸,凡能接受质子的分子或离子(如:H2O,NH3,Cl—等)称为碱。因此,一种酸释放质子后即成为碱,称为该酸的共轭碱,同样一种碱与质子结合后,形成对应的酸,称为该碱的共轭酸。

        A—H + B—          A + B—H

         酸1     碱2         碱1     酸2

    酸1 是 碱1的共轭酸, 碱2 是 酸2 的共轭碱。

     如盐酸在水中的解离:          

       HCl        Cl— +  H+  

    HCl是酸,Cl—是它的共轭碱。

   ⑵ 缓冲体系的设计:

    强电解质溶于水几乎全部解离为正负离子,弱电解质溶于水时,则不完全解离,只有部分的分子解离出正负离子,其馀以分子形式存在于溶液中。例如弱酸(HA)及其盐溶于水时,只有部分HA解离为 H+ 和 A—离子,其平衡方程式如下:

              K1

  HA          A—  +  H+        (1-1)

              K2              

               

             

        ∴        (1-2

   (1-2)式两边取负对数:     (1-3)

            

   (1-3)式中: [HA] — 为弱酸的浓度

              [H+] — 为HA解离出的氢离子浓度

              [A—] — 为HA的共轭碱的离子浓度

               K1  — 为酸解离的速度常数 

               K2  — 为A—与H+ 缔合的速度常数

               Ka  — 为反应方程(1-1)达平衡时HA的解离平衡常数

    现将HA的pKa 定义为 -lg Ka,将HA溶液的pH定义为 -log[H+],

 ∴  (1-3)式可写为 :      (1-4)

    或:          ( 1-5)         

    方程(1-4)称为:Henderson-Hassel-Balch方程,此方程对于生物化学学科,在理论与实践上都具有重要意义。该方程表示了溶液pH与溶质中可解离基团pKa之间的关系。很明显,当[A—]=[HA]时:

               ∴      pH = pKa

这就意味着当[HA]有一半解离时,溶液的pH等于 pKa,此弱酸-碱缓冲体系的pKa即代表缓冲范围的中点。一个缓冲体系的有效缓冲范围,通常是在pKa值为中点的两个pH单位范围内,即:缓冲剂的有效pH范围=pKa±1,所以,当缓冲溶液的pH等于该缓冲剂的pKa时,缓冲能力最大。若要设计一个新的缓冲体系时,只需按所要求的pH值查出pKa值等于此pH值的各种缓冲剂并从中进行挑选即可。

1960年,N.E.Good和他的同事们提出,适合生命科学研究使用的缓冲体系应具有以下特性:

     ① pKa值在6~8之间; ② 在水中的溶解度高;③ 不易穿透生物膜;④ 盐效应小;⑤ 离子浓度、溶液组成和温度对解离的影响小;⑥ 不与金属离子生成复合物或沉淀; ⑦ 该缓冲剂化学稳定;⑧ 紫外和可见光波长范围内光吸收小;⑨ 易制得高纯度的盐。

    按照这些要求可以设计和选择最为合适的缓冲剂来配制所需的缓冲溶液。

 7.2 生物化学常用缓冲液

    ⑴ 磷酸盐缓冲液

    磷酸盐是生物化学研究中使用最广泛的一种缓冲剂,由於它们是二级解离,有二个pKa值,所以用它们配制的缓冲液,pH范围最宽:

           NaH2PO4:  pKa1=2.12,  pKa2=7.21  

           Na2HPO4:  pKa1=7.21,  pKa2=12.32

     配酸性缓冲液: 用  NaH2PO4,pH=1~4,

     配中性缓冲液: 用混合的两种磷酸盐,pH=6~8,

     配碱性缓冲液: 用  Na2HPO4,pH=10~12。

    用钾盐比钠盐好,因为低温时钠盐难溶,钾盐易溶,但若配制SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的缓冲液时,只能用磷酸钠而不能用磷酸钾,因为SDS(十二烷基硫酸钠)会与钾盐生成难溶的十二烷基硫酸钾。

(责任编辑:泉水)
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