正文 五、緩衝溶液的配製(1 / 3)

生物體內生化代謝活動是在一定的pH條件下進行的。體內pH環境的任何改變都將引起與代謝有關的酸堿電離平衡移動,從而影響生物體代謝的活性。各種生化樣品的分離純化和分析鑒定,也必須選用合適的pH。生化實驗中,常用緩衝溶液來維持實驗體係穩定的pH。

緩衝溶液通常是由一種或兩種化合物溶於溶劑(即純水)所得的溶液。溶液內所溶解的溶質(化合物)稱之為緩衝劑,調節緩衝劑的配比即可得到不同pH的緩衝液。緩衝溶液的正確配製和pH的準確測定,是非常重要的基礎工作,在實驗研究中有著極為重要的意義。

根據Brnsted-Lowry酸堿理論(又稱酸堿質子理論),凡能釋放質子的分子或離子(如:H2O,HCl,NH+4,HSO-4等)稱為酸,凡能接受質子的分子或離子(如:H2O,NH3,Cl-等)稱為堿。強電解質溶於水幾乎全部解離為正負離子,而弱電解質溶於水時,則不完全解離,隻有部分的分子解離出正負離子,其餘以分子形式存在於溶液中。例如,弱酸(HA)及其鹽溶於水時,隻有部分HA解離為H+和A-。以Ka表示該弱酸解離達平衡時HA的解離平衡常數,將HA的pKa定義為-lgKa,將HA溶液的pH定義為-lg[H+],則可得到Henderson-Hassel-Balch方程。

該方程表示了溶液pH與溶質中可解離基團pKa之間的關係。當[A-]=[HA]時:pH=pKa,這就意味著當[HA]有一半解離時,溶液的pH等於pKa,此時,弱酸-堿緩衝體係的pKa即代表緩衝範圍的中點。一個緩衝體係的有效緩衝範圍,通常是在pKa值為中點的兩個pH單位範圍內,即:緩衝劑的有效pH=pKa±1。所以,當緩衝溶液的pH等於該緩衝劑的pKa值時,緩衝能力最大。在配製緩衝溶液時,要考慮到這一點。

常用緩衝液配製方法見附錄1。一般按比例將兩種緩衝劑溶液混合,並加入所有的成分(如EDTA、DTT、Mg2+等)後,再用HCl或NaOH、KOH調節混合液pH,最後將混合液稀釋至需要的濃度(某些混合液在稀釋後需要測定pH)。

常用緩衝液如下。

1.磷酸鹽緩衝液

磷酸鹽(NaH2PO4、Na2HPO4)是生化試驗研究中使用最廣泛的緩衝劑,由於它們是二級解離,有2個pKa值,所以用它們配製的緩衝液,pH緩衝範圍最寬。

由於低溫時鈉鹽較難溶,而鉀鹽易溶,因此用鉀鹽比鈉鹽好。但是因為SDS(十二烷基磺酸鈉)會與鉀鹽生成難溶的十二烷基磺酸鉀,所以在配製SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳的緩衝液時,隻能用磷酸鈉而不能用磷酸鉀。

磷酸鹽緩衝液的優點:①容易配製成各種濃度的緩衝液;②適用的pH範圍寬;③pH受溫度的影響小;④緩衝液稀釋後pH變化小,如稀釋10倍後pH的變化小於0.1。

其缺點:①易與常見的Ca2+、Mg2+以及重金屬離子締合生成沉澱;②會抑製某些生物化學過程,如對某些酶的催化作用會產生某種程度的抑製作用。

2.三羥甲基氨基甲烷N-Tris(hydroxymethyl)aminomethane,Tris緩衝液

Tris緩衝液在生化實驗研究中使用得越來越多,尤其在SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳中都已使用Tris緩衝液。Tris緩衝液的常用有效pH範圍是在“中性”範圍,例如:Tris-HCl緩衝液pH=7.5~8.5;Tris-磷酸鹽緩衝液pH=5.0~9.0。

按書後附錄1中所列該緩衝液的配製方法,分別配製0.05mol/L Tris和0.05mol/L HCl溶液,然後按表中所列體積混合,即得Tris緩衝液。