[생화학]생화학 preparation of buffer solution

소개

생화학 preparation of buffer solution에 대한 예비와 결과 레포트입니다.

목차

1. 실험이론과 원리
2. 실험재료와 방법
3. 실험결과
4. 고찰과 결론
5. 참고문헌

본문내용

가) 실험 이론과 원리

완충용액(buffer solution)
약한 짝산-염기쌍을 포함하는 용액은 갑작스런 pH 변화에 저항한다. 수산화이온(OH‾)이나 양성자(H+)가 첨가될 때 그 pH 변화를 막는 용액을 완충용액(buffer solution)이라고 한다. 완충용액에는 약한 산과 그 염(ex. HF, NaF) 또는 약한 염기와 그 염(ex. NH₃와 NH₄Cl)이 들어 있을 수 있다. 적당한 성분을 선택함으로써, 거의 모든 pH의 완충 용액을 만들 수 있다. 완충용액은 보통 약산과 짝염기, 약염기와 그 짝산으로 되어 있다. 완충용액이 필요로 하는 두 가지 성분은 산을 중화시킬 수 있는 것과 염기를 중화시킬 수 있는 성분이다. 물론 두 성분은 서로 중화되지 말아야 한다. 여기서 강산과 강염기는 제외된다.

완충 용액의 제법
완충용액의 buffer region 에서는 pH의 변화가 작다. buffer region을 벗어나면, 오히려 pH의 변화가 급격하게 나타난다. 따라서, pH=7의 완충용액을 만든다는 의미는 buffer region이 pH=7근방에 있도록 만든다는 의미이다. 완충용액의 buffering capacity는 buffer component(완충 용액을 구성하는 성분)의 pKa값에서 가장 크다. 그러므로 여러 buffer component중 pKa값이 pH=7과 비슷한 것을 고른다.
인간의 혈액은 pH=7.4를 유지하고 있는데, 혈액버퍼는 pKa=6.1정도인 H₂CO₃(탄산)를 이용한다. pKa=6.8정도인 인산버퍼도 있지만, 체내에 인산 자체가 많지 않아 큰 영향이 없다. 우리 몸에서 생성되는 CO₂(이산화탄소)는 물에 녹아 H₂CO₃가 되므로, H₂CO₃는 체내에 많다. 혈액을 기준으로, pKa=6.1인 탄산으로 pH=7.4버퍼를 만든다고 하면, 탄산은 pKa=6.1을 기준으로 H₂CO₃와 HCO₃‾ 두 가지 형태로 존재한다. H₂CO₃는 짝산, HCO₃‾는 짝염기다. 짝산과 짝염기가 동량 섞여 있을 때의 버퍼 pH는 pKa값과 같다. 다시말해, H₂CO₃와 HCO₃‾가 동량 있으면, pH는 pKa와 같은 6.1이 된다는 것이다. 하지만, 우리가 원하는 것은 pH=7.4이다. 당연히 짝염기가 짝산보다 많아야 한다. 얼마만큼 많아야 하는 것은 Henderson-Hasellbach equation으로 구할 수 있다.
pH=pKa + log(짝염기/짝산)
이 식에 값을 대입하면, pKa=6.1, 원하는 pH=7.4이므로
7.4=6.1 + log(짝염기/짝산)
log(짝염기/짝산) = log20 = 1.3
그래서 짝염기:짝산 비율을 20:1 로 넣어주면 된다.
다시한번 정리하면 원하는 pH에 가까운 pKa값을 가진 성분을 찾고, 원하는 pH와 그 성분의 pKa값을 Henderson-Hasellbach equation에 집어 넣어, 짝산과 짝염기의 비율만 구하면 된다.

참고자료

· 1. Sawer , 기기를 이용하는 화학실험법, 1985, 탐구당, P 25~32
· 2. 박종성, 일반화학의 이해, 삼경문화사, 2000, P 366~373
· 3. 최우환, 기기분석 개론 및 응용, 교보문고, 1998, P 378~379
· 4. 김영희, 생화학실험서, 아카데미서적, 2004, p17~13