Preparação do Buffer – soluções, cálculo e resolução de problemas comuns

Por que Razão a Pesagem Precisa é Vital para Soluções-Tampão de Qualidade

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Preparação do Buffer – soluções, cálculo e resolução de problemas comuns

Buffer Preparation

Preparação do Buffer – fluxo de trabalho de formulação
  1. Selecione a receita da base de dados
  2. Recalcule as quantidades da receita de acordo com o volume de buffer necessário
  3. Pese os compostos no recipiente
  4. Dissolva os compostos em um solvente adequado (normalmente água)
  5. Verifique e ajuste o valor de pH utilizando um medidor de pH
  6. Complete a solução até o volume necessário
  7. Transfira para um frasco de armazenamento e etiquete
  8. Documente os resultados

Como Funcionam as Soluções-Tampão?

Os buffers são sistemas aquosos que resistem às alterações de pH quando são adicionadas pequenas quantidades de ácido ou de base e são compostos por um ácido fraco e pela sua base conjugada. Um buffer mantém o pH de uma solução constante, absorvendo prótons que são libertados durante as reações ou liberando prótons quando são consumidos por reações. A descoberta de que soluções neutralizadas parcialmente de ácidos ou bases fracos é resistente a mudanças no pH, quando pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes são adicionadas, levou ao conceito de “buffer”.
 

Uma base conjugada é um ácido que perdeu um próton.
HA  ↔  H+ + A-
Ácido  ↔  próton + base conjugada
 

Um ácido conjugado é uma base que ganhou um próton.
A + H+  ↔  H+A
Base + próton  ↔  ácido conjugado
 

Estabelece-se um equilíbrio entre a forma dissociada e a não dissociada.
Por exemplo, o ácido acético fraco dissocia parcialmente na água produzindo um íon acetato:
CH3COOH  ↔  H+ + CH3COO-
O ácido acético não dissociado, os íons de hidrogênio e o íon dissociado existem em equilíbrio na solução.
 

Acetato de sódio também se dissocia na água para produzir o mesmo íon acetato:
CH3COONa  ↔  Na+ + CH3COO-
O acetato de sódio não dissociado e os íons de sódio e acetato existem em equilíbrio na solução.
 

Uma solução aquosa de uma mistura de ácido acético e de acetato de sódio pode, por conseguinte, absorver íons H+ da adição de um ácido através da combinação dos íons de hidrogênio com a base de acetato para produzir ácido acético. Além disso, quando íons OH- são introduzidos na solução através da adição de um álcali, eles se combinam com moléculas ácidas (H+) para produzir água. Desta forma, à medida que o sistema tenta restabelecer o equilíbrio, a solução resiste a alterações no valor do pH. É assim que uma solução-tampão funciona.
 

O que acontece depois de adicionar ácido ao buffer?

Quando um pouco de ácido forte (mais H+) é adicionado a uma mistura em equilíbrio do ácido fraco e de sua base conjugada, o equilíbrio é deslocado para a esquerda, de acordo com o princípio de Le Chatelier.
 

O que acontece depois de adicionar uma base ao buffer?

Da mesma forma, se for adicionada uma base forte à mistura, a concentração de íons de hidrogênio diminui para menos do que a quantidade esperada para a quantidade de base adicionada. Isto acontece porque a reação se desloca para a direita para compensar pela perda de H+ na reação com a base.

Buffer Preparation Formula

Tipos de Soluções-Tampão

As soluções-tampão constituídas por um ácido fraco e por sua base conjugada são conhecidas como buffers ácidos e têm um pH < 7. Um buffer feito com ácido acético (ácido fraco) e acetato de sódio (base conjugada) é um buffer ácido e tem um pH de cerca de 4,75.
As soluções-tampão constituídas por uma base fraca e por seu ácido conjugado são conhecidas como buffers alcalinos e têm um pH > 7. Um exemplo de um buffer alcalino é uma solução aquosa de hidróxido de amônia (base fraca) e de cloreto de amônia (ácido conjugado) com um pH de 9,25.
 

O que Considerar ao Preparar uma Solução-Tampão

Soluções-tampão funcionam melhor quando seu pH é semelhante ao do sistema ou da solução que está sendo investigada. No estudo das enzimas em biologia humana, é necessário um sistema que corresponda ao pH do sangue — ou seja, 7,35 a 7,45 — caso contrário, as enzimas não funcionarão corretamente. Se o sistema de tampão tiver um pH fora do intervalo pretendido, isto também terá um impacto negativo nas análises.
 

Por conseguinte, é necessário poder preparar soluções-tampão de um pH específico, o que pode ser feito de diferentes maneiras:

  • Ajuste do pH
    O ácido ou a base cristalina é dissolvido pela primeira vez em um volume de água equivalente a cerca de 60–70% do volume final necessário de solução-tampão. O pH é testado e, em seguida, ajustado. Se for utilizado um ácido cristalino, o pH é ajustado usando uma base que não gere íons que possam interferir no sistema sob investigação. Se for utilizada uma base cristalina, o pH será ajustado usando um ácido adequado. Uma vez atingido o pH pretendido, o volume da solução-tampão pode ser completado com água para obter o volume necessário.

  • Mistura de soluções de ácido e base
    Neste método, mistura-se uma solução de ácido ou de base com uma solução do sal associado. As concentrações das soluções de origem devem ser as mesmas que as da solução-tampão necessária. As soluções podem ser misturadas em diferentes proporções para alcançar valores de pH diferentes na solução-tampão final. Como alternativa, o pH pode ser monitorado enquanto se adiciona uma solução à outra.

  • Usando a equação de Henderson-Hasselbach
    A equação de Henderson-Hasselbach pode ser usada para estimar o pH de uma solução-tampão usando a constante de dissociação, pKa. Quando um ácido fraco (HA) está em solução e a dissociação em íons hidrogênio (H+) e sua base conjugada (A-) está em equilíbrio, a constante de dissociação é uma medida da força do ácido nesse ponto de equilíbrio. A equação de Henderson-Hasselbach é a seguinte: 
  • Buffer Preparation - second formula

    Onde: pKa é a constante de dissociação do ácido fraco
    [A-] é a concentração da base conjugada no equilíbrio
    [HA] é a concentração do ácido no equilíbrio

    No caso de a concentração no equilíbrio da base conjugada e do ácido ser a mesma, o pH torna-se igual à constante de dissociação. Nesse ponto, a solução-tampão fornece o efeito máximo de tampão.
    A equação de Henderson-Hasselbach também é usada para determinar a constante de dissociação de ácidos fracos através da medição direta do pH
     

Benefícios dos Buffers Universais
As soluções-tampão universais consistem em uma combinação de vários pares de ácido-base. Isto permite que os buffers universais mantenham o valor de pH de uma solução em uma faixa mais ampla e, por conseguinte, podem ser usados em muito mais aplicações.

Dicas Adicionais para Preparar e Usar Buffers
 

  • Crie um POP de preparação de buffer
    É uma boa ideia documentar o processo de preparação do buffer e certificar-se de que todos seguem o mesmo procedimento para garantir a consistência e a reprodutibilidade. O POP deve incluir detalhes dos materiais utilizados e as etapas precisas de quando e como adicionar os componentes e medir o pH. O POP também pode incluir muitos dos pontos mencionados abaixo.
     
  • Use vestuário de proteção
    Equipamentos de proteção individual (EPI) adequados, por exemplo, óculos e vestuário de proteção, devem ser usados especialmente ao trabalhar com ácidos ou bases fortes.
     
  • Verifique se há contaminação microbiana (especialmente em aplicações biológicas)
    Antes de usar qualquer buffer, verifique se o recipiente apresenta contaminação microbiana. As soluções-tampão com um pH próximo do neutro são particularmente suscetíveis a contaminação. Você pode ver alguma turvação na solução ou os contaminantes que se fixaram no fundo.
     
  • Utilize o seu medidor de pH corretamente
    Seu medidor de pH deve ser calibrado e receber manutenção regularmente para garantir medições de pH precisas. O eletrodo deve ser devidamente preparado antes da utilização e deve ser usada solução-tampão suficiente para garantir que a junção do eletrodo esteja imersa da forma correta. Aguarde por um valor de pH estável antes de efetuar a leitura e, em seguida, enxágue o eletrodo com água destilada. Tenha certeza de estar utilizando o medidor de pH à temperatura ambiente ou utilize um eletrodo com sensor de temperatura integrado.
     
  • Esteja ciente da temperatura
    A quantidade de dissociação pode variar com a temperatura. A solução-tampão deve, portanto, ser preparada na mesma temperatura em que você vai realizar suas análises. Verifique também se a temperatura na qual o eletrodo é calibrado é a mesma temperatura em que você mede.
     
  • Esteja ciente da concentração
    É prática comum diluir soluções-tampão de reserva até a concentração necessária para uso nas análises. Contudo, a alteração da concentração pode afetar a quantidade de dissociação. Uma vez que o pH é uma medida de íons de hidrogênio (H+), uma alteração na dissociação pode provocar uma alteração no pH. Após a diluição, o pH deve ser verificado novamente antes de usar o buffer.

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Perguntas Frequentes – Preparação da Solução-Tampão


 

1. Como posso tornar a pesagem para a preparação do buffer mais eficiente?

 

Nas balanças XPR/XSR da METTLER TOLEDO, você pode salvar os seus próprios métodos de pesagem específicos. Para a preparação do buffer, isto é conseguido utilizando o método de "Formulação simples com modelos" na balança para armazenar cada componente do buffer, com o seu peso-alvo e intervalo de tolerância, como uma receita na balança. Quando o método é iniciado, você é orientado ao longo de cada etapa do procedimento. Não se desperdiça tempo verificando uma folha de receita e não há dúvidas sobre onde você se encontra no procedimento. Os resultados de peso são salvos automaticamente e podem ser impressos no final, para poupar um tempo considerável eliminando a necessidade de registrar todos os resultados de peso à mão.


 

2. Qual é a melhor balança para a preparação da solução-tampão?

A melhor balança depende dos seus requisitos individuais. Você necessita saber as maiores e as menores quantidades que quer pesar, bem como quanta precisão você necessita para pesá-las (isto é, qual a tolerância ou o erro permissível). A METTLER TOLEDO oferece um serviço gratuito para ajudar você a escolher a balança certa para atender aos requisitos da sua aplicação. Basta pedir ao seu representante local por uma recomendação gratuita de balança. O mesmo serviço também determina se sua balança existente atende aos seus requisitos.


 

3. Durante a preparação da solução-tampão, existem muitos dados a registrar. Como posso evitar de cometer erros? Preciso de uma solução sem erros.

Primeiro, conecte um leitor de códigos de barras à sua balança. Isto permite que você registre eletronicamente as IDs de amostra, números de lote e números de pedido, etc. Em segundo lugar, conecte uma impressora à sua balança. Com a linha de impressoras METTLER TOLEDO P-5x, os metadados e a data e hora podem ser impressos automaticamente juntamente com os resultados no final do procedimento de pesagem. Uma opção alternativa é conectar sua balança ao software de laboratório LabX, que oferece uma gestão de dados abrangente, incluindo relatórios personalizáveis que podem ser enviados diretamente para o seu LIMS ou ERP.


 

4. Como posso ter a certeza da leitura de pH da minha solução-tampão?

A calibração periódica e as verificações regulares do seu medidor de pH são necessárias para garantir a sua precisão. Consulte o guia e saiba mais sobre a solução da METTLER TOLEDO para calibração fácil de um medidor de pH. E veja este vídeo: Calibração de pH ‒ Um Guia de Instruções Prático.


 

5. E se eu adicionar mais do que é necessário de um ingrediente?

Se você acidentalmente pesar um ingrediente em demasia, é possível adicionar quantidades adicionais dos outros ingredientes ao invés de descartar os materiais pesados até esse ponto. Se for calcular as quantidades manualmente, pode ser um desafio e existe um risco elevado de erros. Você deve também estar ciente que as quantidades adicionais requeridas podem ser muito pequenas e sua balança pode não ser apropriada para isto. Pode ser necessária uma segunda balança com um grau de precisão mais elevado e um peso mínimo mais baixo. Se sua balança estiver conectada ao LabX, o software pode efetuar os recálculos necessários e acompanhar o seu progresso no procedimento.