Что такое буферный раствор (pH)?

Если абстрагироваться от объяснений химии процесса, то Буферные растворы (они же буферы) в общем случае — это растворы, которые могут какое-то время сопротивляться внешним факторам и поддерживать pH на одном уровне. Они отличаются друг от друга значением поддерживаемого pH, точностью этого значения pH, а также емкостью — то есть способностью сопротивляться внешним факторам, пытающимся сместить pH. Буферы могут состоять из одного или нескольких веществ.

Буферные растворы в лабораториях применяют в основном для следующих задач:

— градуировка (калибровка) pH метров и автоматических титраторов, а также их проверка (поверка);

— для питательных сред в микробиологических (бактериологических) лабораториях;

— приготовление подвижных фаз для жидкостной хроматографии;

— приготовление сред для проведения теста на растворение твердых лекарственных форм.

Для градуировки (калибровки) pH метров используют буферные растворы со стандартным значениями pH соответствующим международному стандарту OIML R 054. Данные растворы имеют крайне точное значение pH и обычно должны иметь погрешность приписанного значения +-0,01 pH. Для этих задач могут использоваться только буферные растворы, являющиеся сертифицированными стандартными образцами. На эту тему у нас есть подробная статья, включающая в том числе объяснение чем отличаются буферные растворы от стандарт титров и как отличить буферный раствор с подтвержденными значениями pH от неподтвержденных.

Для питательных сред используют буферные растворы с намного худшими точностями (т.к. в высокой точности нет никакого смысла) и состав для таких сред подбирается под определенные группы микроорганизмов. Готовить такие буферные растворы удобно на беспроводных мешалках, устойчивых к обработке спиртом, типа misuna MINI.

Для хроматографии и теста на Растворение также используют буферные растворы с низкой точностью, т.к. в высокой точности нет никакого смысла. Для теста растворения обычно используют буферы со значением pH имитирующими среду в ЖКТ. Для ВЭЖХ буферы нужны для поддержания определенной кислотности в хроматографической колонке, т.к. неподвижные фазы в них правильно работают только при определенных pH, а при некорректных в лучшем случае перестают разделять вещества, а в худшем — выходят из строя.

Буферные растворы для теста растворения обычно готовятся в больших объемах — от литра до десяти литров. Такие объемы удобно готовить при помощи магнитных мешалок, рассчитанных на большие нагрузки, типа misuna MEGA.

Ответим в этой статье на несколько волнующих вопросов из pH метрии.

При какой температуре нужно определять pH при проверке или градуировке (калибровке) pH метров?

Принято определять значения pH при температуре либо 20 оС либо 25 оС, но т.к. 25 оС проще поддерживать, то обычно используют ее.

Но здесь самое главное даже не это, а то, при каком значении температуры производителем установлено значение pH в буферных растворах. Работать надо именно при нем. Но обычно оно все-таки устанавливается при 25 оС.

Какое отклонение по температуре допускается при работе с буферными растворами?

Принято, что для обеспечения требуемой точности измерения pH, необходимо поддерживать температуру раствора в границах +-0,2 оС от целевой.

Здесь стоит признать, что это не такая простая задача как кажется, особенно, если понимать, что буфер может за 5-15 минут нахождения на воздухе уже стать непригодным (особенно с pH более 7). Поэтому обязательно нужно использовать термостат с перемешиванием и с очень производительным нагревом / охлаждением. Плюс, если вы используете магнитную мешалку с подогревом без функции охлаждения, то они всегда имеют ограничение по наименьшей поддерживаемой температуре, которая отталкивается от фактической температуре в помещении — если в помещении температура значительно выше 20 оС, то мешалка не факт, что сможет выдерживать температуру 25 оС и быстро перегреет раствор до бОльших значений температуры.

Можете также попробовать нагрев раствора без контакта с воздухом в фирменной бутылке с последующим уже отливом буфера в стакан для измерения. Это достаточно неудобно, скорее всего потребует бОльшего объема буферного раствора, чтобы повысить теплоемкость, но при отсутствии альтернатив и при достаточной слаженности действий, это может оказаться единственным рабочим вариантом.

Не забывайте также про то, что должен вестись мониторинг фактической температуры буферного раствора при помощи точного термометра. Если нам необходимо поддерживать допуск по температуре +-0,2 оС, то исходя из принятого правила в метрологии «1:3», точность такого термометра должна быть порядка +-0,05 оС. Это высокая точность и может быть достигнута только термометрами на базе датчиков Pt100 и Pt1000. Также помните, что необходимо, чтобы глубина погружения таких датчиков была НЕ МЕНЕЕ установленной в эксплуатационной документации от производителя, а значит объем буферного раствора не может быть очень маленьким.

Можно ли использовать функцию термокомпенсации вместо того, чтобы поддерживать фактическую номинальную температуру?

По-хорошему, НЕТ, т.к. такие измерения не являются метрологически прослеживаемыми: установленное в сертификате буферного раствора сертифицированное значение pH приписано именно при определенных температурах. При иных температурах буферного раствора производитель может предоставить только справочные значения pH и не гарантирует заявленную точность.

Другие рекомендации

Всегда используйте активное перемешивание, даже если не используете термостат с магнитным перемешиванием. В идеале — магнитной мешалкой без подогрева, в ее отсутствии — быстрым перемешиванием стаканчика или электрода в руках.

Используйте только буферные растворы, являющиеся сертифицированными стандартными образцами с доказанным значением pH и его точностью.

Для градуировки и поверки pH-метров подойдут калибровочные буферные растворы — они закрывают всю шкалу pH и подходят для любых приборов.