BioUltra试剂

生物缓冲液

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为了满足最高的质量要求,我们提供了一系列BioUltra 生物缓冲液

 

 介绍

Van Slyke [1]将缓冲液定义为“通过存在于溶液中而增加必须添加的酸或碱的量以引起pH单位变化的物质”。因此,缓冲液是设计用于通过在生理范围内维持恒定的氢离子浓度来研究生物反应的实验中非常重要的组分。哺乳动物血液的pH通过如下等缓冲系统而维持在7.38左右。

H2PO4- <=> HPO42-, CO2 <=> H2CO3,

H2CO3 <=> HCO3-,

在活体植物中,组织的正常pH范围约为4.0-6.2,不像哺乳动物组织中定义的那么窄。

普遍适用的生物化学缓冲液必须具有以下特性:

  • 水溶性
  • 不干扰生物过程
  • 与金属离子形成复合物的趋势已知
  • 无毒
  • 不干扰生物膜(渗透、溶解、表面吸附等)
  • 在波长> 260 nm处的U.V.吸收极低

"“BioUltra”两性离子(Good's)缓冲液

基于无机盐或有机盐的缓冲液的使用由于缓冲阳离子和阴离子干扰所研究的生物反应而受到限制。Good对两性离子生物缓冲剂的开发和引入[2]改变了这种情况。这种类型的缓冲液具有所需的特性:对生物过程的干扰低,这是由于阴离子和阳离子位点以非相互作用的羧酸盐或磺酸盐和阳离子铵基的形式存在。两性离子物质的pK和缓冲范围在生理限度 (pKa 6.15-9.55) 内。此外,这些缓冲液的两性离子性质使其非常易溶于水,通常高于一摩尔范围。缓冲物质的物理常数(pKa、D pKa/℃、溶解度、pH范围和UV范围)包括在按字母顺序排列的目录的产品条目下。

"“BioUltra”缓冲盐和其它缓冲组分

基于有机和无机盐、酸和碱的缓冲液广泛用于生物化学和生物学研究。关于阴离子和阳离子对生物系统的影响的陈述同样适用。

 

 一级标准品

N.B.S.*标准缓冲物质[4]
一级标准品

25℃下五种一级标准缓冲液的组成和性质(参见下面的制备说明)。

缓冲溶液

  酒石酸盐 邻苯二甲酸盐 磷酸盐D 磷酸盐E 硼酸盐
缓冲物质 KHC4H4O6 KHC8H4O4 KH2PO4 +
Na2HPO4

KH2PO4 +
Na2HPO4
Na2B4O7
10 H2O
25℃的g/l溶解度 25°C时饱和 10.12 3.39 [b]
3.53 [c]
1.179 [b]
4.30 [c]
3.80
摩尔浓度 (m) 0.0341 0.05 0.025 [a] 0.008695 [b]
0.03043 [c]
0.01
摩尔浓度 (M) 0.034 0.04958 0.02490 [a] 0.008665 [b]
0.03032 [c]
0.009971
密度 (g/ml) 1.0036 1.0017 1.0028 1.0020 0.9996
pH(25°C) 3.557 4.008 6.865 7.413 9.180
稀释值,D pH½ +0.049 +0.052 +0.080 +0.07 [d] +0.01
缓冲值,b,当量/pH 0.027 0.016 0.029 0.016 0.020
温度系数,dpH(S)/dt,单位/℃ -0.0014 +0.0012 -0.0028 -0.0028 -0.0082


[a] 每种磷酸盐的浓度。[b] KH2PO4。[c] Na2HPO4。[d] 计算值。

一级标准缓冲液的推荐pH标准值(0 – 60℃下为+/- 0.005,60-90℃为+/-0.008)。

一级标准缓冲液的推荐pH标准值(0 – 60℃下为+/- 0.005,60-90℃为+/-0.008)

缓冲pH

温度 (℃) 酒石酸盐 邻苯二甲酸盐 磷酸盐D 磷酸盐E 硼酸盐
0   4.003 6.984 7.534 9.464
5   3.999 6.951 7.500 9.395
10   3.998 6.923 7.472 9.332
15   3.999 6.900 7.448 9.276
20   4.002 6.881 7.429 9.225
25 3.557 4.008 6.865 7.413 9.180
30 3.552 4.015 6.853 7.400 9.139
35 3.549 4.024 6.844 7.389 9.102
38 3.548 4.030 6.840 7.384 9.081
40 3.547 4.035 6.838 7.380 9.068
45 3.547 4.047 6.834 7.373 9.038
50 3.549 4.060 6.833 7.367 9.011
55 3.554 40.75 6.834   8.985
60 3.560 4.091 6.836   8.962
70 3.580 4.126 6.845   8.921
80 3.609 4.164 6.859   8.885
90 3.650 4.205 6.877   8.8850
95 3.674 4.227 6.886   8.833

*N.B.S:美国国家标准局

 二级标准品

25℃下两种二级标准缓冲液的组成和性质。

缓冲溶液

  四草酸盐 氢氧化钙
缓冲物质 KH3(C2O4)2. 2H2O Ca(OH)2
25°C的g/l的溶解度 12.61 25°C时饱和
摩尔浓度 (m) 0.05 0.0203
摩尔浓度 (M) 0.04962 0.02025
密度 (g/ml) 1.0032 0.9991
pH (25°C) 1.0032 12.454
稀释值,D pH1/2 1.679 - 0.28
缓冲值,b,当量/pH + 0.186 0 09
温度系数,
dpH (S)/dt,单位/℃
0.070 - 0.033

二级缓冲标准品的推荐pH标准值。

缓冲pH

温度(℃) 四草酸盐 氢氧化钙
0 1.666 13.423
5 1.668 13.207
10 1.670 13.003
15 1.672 12.810
20 1.675 12.627
25 1.679 12.454
30 1.683 12.289
35 1.688 12.133
38 1.691 12.043
40 1.694 11.984
45 1.700 11.841
50 1.707 11.705
55 1.715 11.574
60 1.723 11.449
70 1.743  
80 1.766  
90 1.792  
95 1.806  

注意:请参阅下面关于干燥四草酸钾二水合物的备注。

一级N.B.S.*标准缓冲物质
货号 描述
60219 磷酸二氢钾
60359 邻苯二甲酸氢钾
60366 D-酒石酸氢钾
71639 无水磷酸氢二钠
71999 四硼酸钠十水合物
 
二级N.B.S.*标准缓冲物质
货号 描述
21181 氢氧化钙
60589 四草酸钾二水合物

 

 备注

制备注意事项

一级和二级标准缓冲溶液由表中所示的标准缓冲物质制备。示出了缓冲溶液在0-95℃温度范围内的标准pH,可用于校准目的。缓冲液组份根据摩比例计算。因为初始缓冲液组份会迅速发生变化,所以只能使用新鲜制备的溶液。使用之前,可以将酒石酸盐、邻苯二甲酸盐和磷酸盐在110℃下干燥1-2小时。四草酸钾不宜在60℃以上干燥,硼砂不宜干燥。
 

摩尔浓度 (m) 因次:摩尔/每千克溶剂
摩尔浓度 (M) 因次:摩尔/每升溶剂
稀释值 (DpH1/2) 通过用等体积的纯水稀释缓冲溶液而观察到的pH值变化。随着稀释度的增加,pH升高则为正值,pH降低则为负值
缓冲值b(当量/pH) (也称缓冲容量、Van Slyke缓冲值)b = d[B]/dpH,其中d[B]是使缓冲溶液产生一定pH变化所需的强碱的增量(以当量计)。强酸产生负 (-d[B]) 增量,从而降低pH
温度系数(pH单位/℃) dpH(S)/dT每摄氏度的pH值标准变化,可以为正,也可以为负

 

关于缓冲液应用的一般方面

除少数例外,生化体系的研究需要使用缓冲液来控制pH值。因此,缓冲液的作用非常重要。影响缓冲溶液作用和pH的因素有[5,6]:

  • 活性效应:所涉及物质的浓度和电荷
  • 盐效应:添加的“中性”电解质
  • 稀释效应:稀释缓冲溶液时的pH变化 缓冲容量:添加的碱或酸
  • 温度依赖性

为特定的生化体系或技术选择正确的缓冲液取决于许多其它因素,例如:不希望的缓冲液与生物聚合物的相互作用、氧化还原稳定性、金属离子络合性质和纯度。解决选择正确缓冲液的难题的一种方法是评估尽可能多的缓冲液。虽然能够获得关于缓冲液在各个领域使用的综述[7-9],但是没有提供详细信息,应该查阅有关这个问题的全面的论述。

缓冲液应用的实践方面

  • 根据等式,活性效应和盐效应对溶液的pH值有着显著影响

pH = pKa' + log[B]/[BH] (1)

其中

pKa' = pKa + 校正因子

不同离子强度的因素在[5]中制成表格,范围为0.015 (离子强度I = 0.5) 至0.159 (离子强度I = 0.001)。

  • 离子强度定义为   

其中 ci 是物质i的浓度,z是相应的电荷。可以很容易地从实验参数计算出I。

缓冲容量。发现一价物质的最大缓冲容量b最大在pH = pKa'(实际pK值)处。根据等式 (3)

b最大 = 0.576 c (3)

计算pH范围3-11内的b最大

其中c是缓冲物质的总浓度。因此,有用的缓冲容量在pKa± 1个单位的pH范围内。如果必须实现最大缓冲容量的50%以上,则相应的范围仅为pKa'+ 0.75个单位。

实际缓冲范围

b,缓冲容量,定义如(4)

b =d [B] (4)
      dpH

其中[B]是添加到缓冲组分BH中的碱的量。混合弱酸碱缓冲体系的缓冲容量越大,单独的pKa值越接近。缓冲液混合物的b值是加和性的。

由等式(5)可以计算出使所需pH处于实际缓冲范围(pKa± 1个单位)内的[碱性物质]/[酸性物质]的摩尔比。

pH = pK + log[碱性物质] (5)
                     [酸性物质]


根据…页上的图表
可以很快估算出[B]/[BH] - pH - %缓冲容量。

温度对给定溶液的pH的影响可能相当大。TRIS在0°时的pKa为8.55,在25°时为8.06,在37°时为7.22(平均dpH/dT-0.03 pH单位/℃)。盐缓冲液(诸如一级标准物)显示dpH/dT约为0.002 pH-单位/℃。变化可以为正,也可以为负。

稀释效应主要取决于缓冲物质的电荷;用等体积的水稀释0.1 M HA/A-缓冲体系(总浓度)导致pH值改变0.024个单位,由此在碱性缓冲液的情况下pH降低,而在稀释酸性缓冲液时pH增加。HA-/A2-缓冲系统的pH变化增加约三倍。

图表的用途:由实验参数确定缓冲体系中碱性和酸性物质的摩尔浓度比。

(1 至 10)
10    1

从上面的pH偏差图表中读取溶液的pH,从下面的图表中读取最大缓冲容量的百分比(%b最大)。

  重要生物缓冲液的pKa值和缓冲范围

点击列标题可对产品进行排序。如果要重新按字母顺序排列,请点击网页浏览器中的页面刷新按钮。
 

有效pH范围  pKa 25°C  缓冲液 
1.2-2.6 1.97 马来酸盐 (pK1)
1.7-2.9 2.15 磷酸盐 (pK1)
2.2-3.6 2.35 甘氨酸 (pK1)
2.2-6.5 3.13 柠檬酸盐 (pK1)
2.5-3.8 3.14 甘氨酰甘氨酸 (pK1)
2.7-4.2 3.40 苹果酸盐 (pK1)
3.0-4.5 3.75 甲酸盐
3.0-6.2 4.76 柠檬酸盐 (pK2)
3.2-5.2 4.21 琥珀酸盐 (pK1)
3.6-5.6 4.76 醋酸盐
3.8-5.6 4.87 丙酸盐
4.0-6.0 5.13 苹果酸盐 (pK2)
4.9-5.9 5.23 吡啶
5.0-6.0 5.33 哌嗪 (pK1)
5.0-7.4 6.27 二甲胂酸盐
5.5-6.5 5.64 琥珀酸盐 (pK2)
5.5-6.7 6.10 MES
5.5-7.2 6.40 柠檬酸盐 (pK3)
5.5-7.2 6.24 马来酸盐 (pK2)
5.5-7.4 1.70, 6.04, 9.09 组氨酸
5.8-7.2 6.46 bis-tris
5.8-8.0 7.20 磷酸盐 (pK2)
6.0-12.0 9.50 乙醇胺
6.0-7.2 6.59 ADA
6.0-8.0 6.35 碳酸盐 (pK1)
6.1-7.5 6.78 ACES
6.1-7.5 6.76 PIPES
6.2-7.6 6.87 MOPSO
6.2-7.8 6.95 咪唑
6.3-9.5 6.80, 9.00 1,3-二[三(羟甲基)甲氨基]丙烷
6.4-7.8 7.09 BES
6.5-7.9 7.14 MOPS
6.8-8.2 7.48 HEPES
6.8-8.2 7.40 TES
6.9-8.3 7.60 MOBS
7.0-8.2 7.52 DIPSO
7.0-8.2 7.61 TAPSO
7.0-8.3 7.76 三乙醇胺 (TEA)
7.0-9.0 0.91, 2.10, 6.70, 9.32 焦磷酸盐
7.1-8.5 7.85 HEPPSO
7.2-8.5 7.78 POPSO
7.4-8.8 8.05 N-三(羟甲基)甲基甘氨酸
7.5-10.0 8.10
7.5-8.9 8.25 甘氨酰甘氨酸 (pK2)
7.5-9.0 8.06 三羟甲基氨基甲烷(tris)
7.6-8.6 8.00 EPPS, HEPPS
7.6-9.0 8.26 N-二甘氨酸
7.6-9.0 8.30 HEPBS
7.7-9.1 8.40 TAPS
7.8-9.7 8.80 2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇 (AMPD)
8.2-9.6 8.90 TABS
8.3-9.7 9.00 AMPSO
8.4-9.6 9.06 牛磺酸 (AES)
8.5-10.2 9.23, 12.74, 13.80 硼酸盐
8.6-10.0 9.50 CHES
8.7-10.4 9.69 2-氨基-2-甲基-1-丙醇 (AMP)
8.8-10.6 9.78 甘氨酸 (pK2)
8.8-9.9 9.25 氢氧化铵
8.9-10.3 9.60 CAPSO
9.5-11.1 10.33 碳酸盐 (pK2)
9.5-11.5 10.66 甲胺
9.5-9.8 9.73 哌嗪 (pK2)
9.7-11.1 10.40 CAPS
10.0-11.4 10.70 CABS
10.5-12.0 11.12 哌啶
  12.33 磷酸盐 (pK3)

参考文献

  1. Van Slyke, J. Biol. Chem. 52, 525 (1922).
  2. N.E.Good, G.D.Winget, W.Winter, TN.Conolly, S.lzawa and R.M.M.Singh, Biochemistry 5, 467 (1966); N.E. Good, S.lzawa, Methods Enzymol. 24, 62 (1972).
  3. G. Gomori, Methods Enzymol. 1, 138 (1955)
  4. Bates, J. Res. Natn. Bur. Stand. 66A, 179 (1962), see also R.M.C. Dawson et al., 3rd ed., p. 421, Clarendon Press,Oxford (1986).
  5. D.D. Perrin, B. Dempsey, Buffers for pH and Metal lon Control, Chapman and Hall Laboratory Manuals, London (1974).
  6. R.M.C. Dawson, D.C. Elliot, W.H. Elliot, K.M.Jones, Data for Biochemical Research, 3rd ed., Oxford Science Publ.(1986).
  7. J.S. Blanchard, Methods Enzymol. 104, 404 (1984); V.S. Stoll, J.S. Blanchard, ibid. 182, 24(1990).
  8. K.J. Ellis and J.F. Morrison, Methods Enzymol. 87, 405 (1982).
  9. f McLellan, Anal. Biochem. 126, 94 (1982).

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