Буферлер туралы реферат қазақша

Буфер дегеніміз — өзгеріске қарсы тұратын зат. Химиялықтілмен айтқанда, буфер дегеніміз ерітіндіге шамалы мөлшерде күшті қышқыл немесе күшті негіз қосылғанда, ерітіндідегі рН-ты тұрақты күйде ұстап тұратын қосылыс болып табылады. Буферлі ерітінді әлсіз қышқылдан және үйлескен негізден тұрады. Буферлер қалай жүмыс істейді? рН мәні 7-ге тең жай суға бірдей мөлшерде күшті қышқыл немесе күшті негіз қосқан кезде, онда пайда болатын рН өзгерістері мен рН мәні 7-ге тең буферлі ерітіндіні өзара салыстырып көрейік. Егер де 1.0 мл 0.1 М НСІ ерітіндісін 99.0 мл суға қосатын болсақ ондағы рН көрсеткіші айтарлықтай төмендейді. Ал, суға 0.1 М НСІ ерітіндісінің орнына 0.1 Л/№ ОН еііітіндісін қосатын болсақ, онда рН мәні айтарлықтай жоғарылай түседі (2.14-сурет).

Ендеше, 1.0 мл 0.1 М НСІ ерітіндісін суға қосқан жағдайда не болатынын есептеп көрейік. НСІ — күшті қышқыл болып табылатындықтан, 0.1 М НСІ толыкдиссоциацияға ұшыраған кездеО.І ІІ/Н30 +түзіледі деуге болады. Егерде бізде Імл қышқыл болса, одан шығатын Н30+ мөлшерін келесі формула арқылы есептеп шығаруға болады: Імл = 1 х 10~3 л 1 х 10_3 л х 0.1 моль/л = 1 х 10~4 моль Н30 + Сонымен, 100 мл немесе 0.1 л су көлемінде 1 х 10-4 моль Н30 + ионы ериді, өйткені 99.0 мл-ге 1.0 мл қосылды. Н30 + ионының нақты концентрациясын келесі жолмен есептеуге болады: 1 х Ю-4 моль Н30 +/ О.іл = 1 х 10~3 М рН метр Буферленбеген Н20 Электрод Буферленген рН 7.0 1 мл 0.1 М №ОН қосқаннан кейін рН өте жоғары рН буфермен тұрақталды Сонан соң, рН келесі формула арқылы есептеледі: 90 2-ТАРАУ Су: биохимиялың реакциялар үшін еріткіш рн = -Іов [Н30+] = -1о§ (1 х 10-3) = 3 Егер біз 1 мл 0.1 Л/ИаОН ерітіндісін қосатын болсақ, [ОН-] қажетті иондық концентрациясын тудыру үшін есептеу жолы осыған ұқсас болады. Олай бол- са, [ОН-] концентрациясы 1 х 10-3Л/тең болады. Өйткені, негіздің концен- трациясы мен көлемі жоғарыда келтірілген мысалдағыдай болып табылады. ОН- концентрациясын пайдалану арқылы [Н30 +] мөлшері есептеледі. [ОН-] [Н30+] = 1 х ю-14 [Н30 +] = 1 х 10-14 / [ОН-] = 1 х 10-14 / 1 х 10-3 = 1 х Ю-11 Соңынан рН есептелінеді: рН = -І0£ (1 х 10~п) =11 Егер де 99.0 мл. жай судың орнына 99.0 мл. буфер ерітіндісін алатын болсақ, мүлдем басқа нәтижелер шығады. Бір сутекті және екі сутекті фос- фаттардан яғни, Н Р 042- және Н2Р 0 4- иондарының белгілі бір қатынасынан тұратын ерітінді буфер ретінде қызмет атқарады. Гендерсон-Хассельбах теңдеуін қолдана отырып, Н Р 042- / Н2РО ~ үлестік қатынасын есептеуге бо- лады. Төменде көрсетілгендей, олардың үлестік қатынасының рН мәні 7.0- ге сәйкес.

М\ Мұндай ерітіндіде үйлескен негіз / әлсіз қышқыл 0.63 қатынасында бо- лады. Егер 1.0 мл 0.10 М НСІ ерітіндісін 99.0 мл буфер ерітіндісіне қосатын болсақ, мынадай реакция жүреді: [НРО|“] + Н+^ Н 2Р 0 4_ Биохимия 91 яғни, қосылған Н+ иондарының барлығы жұмсалады. Ал Н Р 042- және Н2Р 0 4_ иондарының концентрациялары өзгереді. Олардың жаңа концентрацияларын есептеп шығаруға болады.

Гендерсон-Хассельбах теңдеуін және фосфат ионының концентрацияларын пайдалана отырып жаңа рН мәнін есептеуге болады. рКа көрсеткішінің мәні 7.20 тең (2.6-кестені қараңыз). [НРОГ] рһ I Щ 1 Іое I——ІЙ І р 4 6 [Н2Р04 ] 0.062 рН = 7.20 + 108 — рН = 6.99 Жаңа рН мәні 6.99-ға тең. Бұл буферсіз жай суға қарағанда шамалы ғана өзгеріс деп есептеледі (2.14-сурет). Дәл осылайша, егер 1.0 мл 0.1 МЫаОН пай- даланылса, титрлену барысында жоғарыда көрсетілген реакцияға ұқсас реак- ция жүреді, атап айтқанда: рН = — іоб (1 х 10_и) = 11 Қосылған ОН- ионының барлығына жуығы жұмсалып, шамалы мөлшері бос күйінде қалады. Бұл буфер сулы ерітінді болғандықтан, = [Н+] [ОН* ] теңдеуі тура болып есептеледі. Гидроксид ионының концентрация- сы жоғарылауынан сутегі ионының концентрациясы төмендей бастайды және рН мәні жоғарылай түседі. Жаңа рН мәнін есептеу үшін және соның нәтижесінде рН = 7.01 болатындығына көз жеткізу үшін Гендерсон-Хассель- бах теңдеуін қолданыңыз. Нәтижесінде, жаңа рН мәні жай суға қарағанда жоғарыдағыдай шамалыөзгеріскеұшырайды (2.14-сурет). рН мәні айтарлықтай өзгеріске ұшырайтын болса, биологиялықреакциялардың көпшілігі жүрмейді, сондықтан да буферлердің биохимиялық зертхана үшін тәжірибелік маңызы өте үлкен.

Буфер қалайша таңдалады? Титрлеу нәтижелеріне сүйене отырып тұрғызылатын қисық сызық буферлердің қалай жұмыс істейтінін түсінуге мүмкіндік береді (2.15а-сурет). Қисық сызықтың бүгілу нүктесіне таяу жерде титрленетін ерітіндінің рН мәні шамалы өзгереді. Сонымен қатар, қисық сызықтың бүгілген жерінде, қышқылдың бастапқыдағы мөлшері толық негізбен түйіскен түрге айналады. Фосфор қышқылының иондалуындағы екінші саты мысал ретінде алынған буфердің негізі болып табылады. Н2РС>4 ^ Н + + Н Р О Г Титрлеудің бүгілу нүктесіндегі рН мәні 7.20, яғни бұл көрсеткіш екісутекті фосфат ионының рКо мәнінің сандық мөлшеріне тең. Мұндай рН болса, ерітінді екі сутекті және бір сутекті фосфат иондарының бірдей концентрацияларынан, яғни негіз бен қышқыл күйіндегі түрлерінің бірдей концентра- цияларынан тұрады деген соз. Егер рКа мәні белгілі болса, онда біз Гендер- сон-Хассельбах теңдеуін пайдалана отырып, үйлескен негіз түріндегі иондар мен үйлескен қышқыл түріндегі иондардың үлестік қатынасы белгілі бір рН мәнінде қандай болатындығын есептей аламыз. Мысалы, егер біз Н2Р 0 4- және Н Р 042- иондарынан тұратын буфердің 8.2-ге тең рН мәнін алатын болсақ, онда аталған қосылыстардың бұл рН мәніне сәйкес үлестік қатынасын келесі жол- мен шешеміз: Сонымен, рН мәні рКа мәнінен бір бірлікке жоғары болған жағдайда, үйлескен негіз бен үйлескен қышқылдың жалпы қатынасы 10-ға тең болып табылады. Егер де рН мәні рКа мәнінен екі бірлікке жоғары болса, онда аталған иондардың жалпы қатынасы 100-ге тең болады. 2.7-кестеде рН жоғарылауының бірнеше корсеткіштеріне сәйкес келетін иондық қатынастар берілген. Буфер ерітіндісі рН мәнін салыстырмалы түрде алғанда тұрақты шама- да сақтап тұра алады, себебі мұндай ерітіндіде кышқыл мен оған үйлескен негіздің мөлшері айтарлықтай жеткілікті көлемде болады. Бұл жағдай рН мәні қышқылдың рКа корсеткішіне тең немесе жақын болғанда кездеседі. Егер ерітіндіге ОН_ қосылса, онда ерітіндідегі буфердің қышқыл күйдегі

түрінің айтарлықтай мөлшері қосылған негізбен әрекетке түседі. Керісінше, егер ерітіндіге Н+қосылса, онда буфердің негіздік бөлігінің біраз мөлшері қосылған қышқылмен әрекеттеседі. Буфер ретіндегі Н2Р 0 4_/ Н Р 0 42~ жұп қосылысына сәйкес келетін рН мәні 7.2-ге тең. Ал егер буфер ретінде СН 3СО О Н /СН 3СОО қосылыстар болса, онда оларға сәйкес келетін рН мәні 4.76 болып табылады. рН мөлшері рКа көрсеткіш інен төмен болған жағдайда, қыш қыл иондар басым болады, ал рН мәні рКа мөлшерінен жоғары болған кезде, иондардың негіз күйіндегі түрлері басым болады. Қисық сызықтың түзу аймағы рН мәні бірқалыпты екендігін білдіреді. рН мәнінің тұрақтылығын білдіретін бұл түзу аймақтың арақаш ықтығы рКа көрсеткіш інің әрбір жағында бір рН бірлігін құрайды. Демек, буфердің тиімділік шегі шамамен екі рН бірлігінен тұрады (2.15ә- сурет). Көптеген биохимиялық зерттеулер барысында, тәжірибе сәтті түрде өту үшін рН мәні қатаң түрде сақталуы тиіс. Буфердің тиімді жұмыс істеуіне қажетті рН мәнінің шегі мен оның рКа көрсеткіші туралы мәліметтерді са- лыстыра отырып, бізге нақты сәйкес келетін буферді таңдап алуға болады. Егер де біз жасап жатқан тәжірибеге қажетті рН мәні 7.2-ге тең болса, он- да буфер ретінде біз Н^РОуНРО^- жұп қосылысын алуымызға болады. Ал егер бізге қажет рН мәні 9.0 болса, мұндай жағдайда біз буферлер кестесінен рКа көрсеткіші тоғызға жақын қосылыстарды іздестіреміз. Биохимиямен бай- ланысты салалар қосымша бөлімінің келесі тақырыбы буферлерді таңдауға арналған.

иондар азая бастайды. Құрамында қыш қыл мен негіздің концентра- циясы төмен болып келетін буфер ерітіндісінің буферлік қасиеті төмен болады. Ерітіндіде қы ш кы л мен негіздің айтарлықтай көп мөлшерде болуы ерітіндінің буферлік касиеті жоғары екендігін білдіреді. Зертханалық жағдайда буферлік ерітінділерді қалай жасауға болады? Буферлерді теория жүзінде оқып қарастыру барысында біз Гендер- сон-Хассельбах теңдеуін жиі пайда- ланамыз және негіз бен қышқылдың үйлескен түрлерінің мөлшерлік қа- тынасына байланысты көп есептер шығарамыз. Ал тәжірибе жүзінде буфер ерітіндісін даярлау әлдеқайда оңай болы п табы лады . Буфер ерітіндісін даярлауға қажетті негізгі шарт — ерітіндідегі қосылыстарды дұрыс мөлш ерде алу. Ол үш ін қышқылға (НА) қосылатын негіздің (А_) мөлшері алдын-ала анықталуы тиіс немесе алғаш бір қосылыстың мөлш ері мен концентрациясы н аны қтап, соның негізінде екінш і қосылысты жасаған жөн. Ерітіндідегі НА және А_ оған тек күшті қышқыл немесе күш ті негіз қосылғаннан кейін ғана бір-бірімен үйлескен түрде әрекетке түседі (2.16-сурет). Буферді жасау үшін, НА бөлігінен бастауға болады және оған рН өлшеуіштің көмегімен рН көрсеткіші сәйкес келгенше № ОН ерітіндісі қосылады. Сонымен қатар, А_түрінен де бастауға болады, бұл жағдайда рН мәні сәйкес келгенше НСІ ерітіндісі қосылады. рН мәнінің қатынасына байланысты біз буфердің рКа көрсеткішін өзгерте аламыз, бұл бір қосылыс түрінен бастауға өте ыңғайлы. Мысалы, егер біз рН мәні 5.7-ге тең болып келетін сірке қышқылы/ацетат буферін жасайтын болсақ, НА түрінен емес А_түрінен бастаған дұрыс, оған рН мәні 5.7-ге тең болғанша НСІ ерітіндісін құямыз. Себебі, НАтүрінен бастай- тын болсақ рН мәнін сәйкестендіру үшін оған ЫаОН ерітіндісін айтарлықтай көп мөлшерде қосуға тура келеді.

Тірі организмдерде табиғи рН буферлер бар ма? Бұл бөлімге дейін буферлер химиялық көзқарас тұрғысынан қарастырылып, тәж ірибелік жақтары талқы ланды . А лайда, буферлердің шынайы маңыздылығы олардың тіршілік үшін шешуші рөл атқаратындығында. Зерт- ханада қолданылатын және тірі организмдердегі буферлік жүйелер алуан түрлі қосылыстарға негізделген. Көптеген организмдердің физиологиялык күйдегі рН көрсеткіші шамамен 7-ге тең болғандықтан тірі организмдерде кен тараған буферлік жүйе — фосфатты буфер жүйесі болса керек. Фосфат иондары концентрациясының клетка аралық сүйықтықтарда жоғары болуы, фосфатты буферлердің тиімді қызмет етуі үшін өте қолайлы жағдай тудырады. Клетка- ларда кездесетін негізгі буфер Н2Р 04 / Н Р042- жұп қосылысы болып табылады. Қандағы фосфат иондарының деңгейі буферлік қасиетке сәйкес келмейді, сол себепті қанда буфер қызметін басқа жүйе атқарады. Қандағы буферлік жүйе карбон қышқылының (Н2С 03) диссоциациялануына негізделген: Н2С03^ Н + + НСОз мұндағы, Н2С 0 3 немесе карбон қышқылының рКа көрсеткіші 6.37-ге тең. Адам қанының рН мәні 7.4-ге тең, ал бұл жоғарыда аталған буферлік жүйенің тиімділік шегінің аяқталуына жуық болып табылады, бірақ мұнда басқа әсер етуші жағдай да болады. Көміртегі диоксиді суда және қан секілді судан тұратын сұйықтықтарда ериді. Еріген күйдегі көміртегі диоксидінен карбон қышқылы түзіледі. Онын әрі қарай реакцияға ұшырауынан бикарбонат ионы түзіледі. С02(д) ^СОа(а^) С02(ая) + Н20(€) ^ Н 2С03(ая) Н2С03(ая) ^ Н +(аЧ) + НС03 (аЧ) N61 е^иаііоп: С02(д) + Н20(€) ^ Н+(а^) + НСО^(ац) щ — су; ал § — газ деген мағынаны білдіреді Қанның рН мәні карбон қышқылынын рКа көрсеткішінен шамамен бір рН бірлікке жоғары болып келеді және қандағы мұндай рН ортада еріген С 0 2 газының көп бөлігі НС03 түрінде болады. Өкпеге тасымалданып сыртқа бөлінетін С 02 газы бикарбонат ионы түрінде болады. Қандағы рН мәні мен өкпедегі көміртегі диоксиді газының қысымы арасында тығыз байланыс бар. Сонымен бірге, мұнда қандағы оттегіні тасымалдайтын гемоглобиннің қасиеттері маңызды орын алады (4-тараудағы Биохимиямен байланысты сала- лар қосымша бөлімін қараңыз). Әдетте, зертханада қолданылатын (іп у ііг о — тірі организмдерден тыс) бу- фер жүйесі тірі огранизмдердегі (іп у/уо) буферлік жүйеге ұқсас келеді. Іп ү і іг о жағдайында ТРИС қосылысының [трис (гидроксиметил) аминометан]

негізінде жасалатын буфер жүйесі кең түрде пайдаланылады. Соңғы кездері жиі қолданысқа енген буферлердің бірі цвиттер иондары болып табылады, олар оң және теріс түріндегі қос зарядтардан тұрады. Цвиттер иондары басқа буферлермен салыстырғанда (2.8-кесте) биохимиялық реакциялармен сирек әрекетке түседі, яғни көп кедергі болмайды. 100 2-ТАРАУ Су: биохимиялың реакциялар үшін еріткіш Тірі организмдердің көпшілігі рН деңгейі 7-ге жуық болғанда белсенді қызмет атқарады. Карбоксил тобы және аминдіктоптары сияқты биохимиялық жағынан белсенді топтардың жоғары немесе төмен рКа көрсеткіші осы ша- ма төңірегінде болады. Сондықтан, физиологиялық жағдайда маңызды биомолекулалардың көпшілігі белгілі бір дәрежеде зарядталған күйде бола- ды. Мұның тәжірибелік маңыздылығы келесі Биохимиямен байланысты сала- лар бөлімінде талқыланған.