محلول بافر - بافر

بافر یک محلول مبتنی بر حلال آب است و از یک اسید ضعیف و باز مزدوج آن یا باز ضعیف و اسید مزدوجش تشکیل شده است. از نظر کارشناسان دانا آزما بافرها با خاصیتی که دارند مانع از افزایش بیش از حد اسید و یا باز موجود در محلول می ‌شوند. آبی که توسط ابر ها و باران ها تولید می ‌شود کاملا تمیز و خنثی است اما به دلیل وجود گاز های کربن دی اکسید در هوا و قدرت بالای آب در جذب مواد، این گاز های کربن دی اکسید با آب باران ها مخلوط شده و کمی با خواصیت اسیدی آب ها می ‌افزاید. محلول های بافر در برابر تغییر PH ناشی از اضافه شدن کمی اسید یا باز و تغییر غلظت محلول مقاومت می کنند و اسیدیته محلول را در محدوده مشخصی ثابت نگه می دارند. بافر حاصل از مخلوط نمودن مقادیر زیاد اسید ضعیف و یا باز ضعیف با جفت های مزدوج آنها ست. یک اسید ضعیف و باز مزدوج آن می توانند در یک محلول بدون خنثی نمودن یکدیگر در کنار یکدیگر بمانند. همین امر در مورد باز ضعیف و اسید مزدوج آن نیز صادق است. حتی اسید و باز های قوی نیز تأثیر بسیار ناچیزی بر PH محلول های بافری می گذارند و همین قابلیت مهم و ارزشمند باعث شده تا این محلول ها در زمینه های مختلفی چون تهیه نگهدارنده های غذایی، مواد شوینده، فرآورده های آرایشی و بهداشتی، چرم، رنگ و ... کاربرد های زیادی داشته باشند. برای درک بهتر نحوه کار بافرها، به عنوان مثال محلول بافری که از حل نمودن سدیم استات در استیک اسید تهیه شده است را در نظر بگیرید. اسید استیک به عنوان اسید عمل می کند، درحالی که استات سدیم در محلول جدا می شود تا باز مزدوج یعنی یون های استات را تولید کند. از جمله رایج ترین بافر های مورد استفاده در دنیای زیست شناسی می توان به تی ای پی اس، بیسین، تریس، تریسین، تپسو و ... اشاره نمود با توجه به اینکه در محلول بافر هم عامل اسیدی و هم عامل بازی وجود دارد، هنگامی که یون های هیدروژن به بافر افزوده می شوند توسط باز خنثی می شوند. از سویی یون های هیدروکسید نیز توسط اسید خنثی می شوند. این واکنش های خنثی سازی باعث می شوند تا PH کلی محلول تغییری نداشته باشد. هنگامی که یک اسید را برای محلول بافر انتخاب می نمایید، اسیدی با PKa نزدیک به PH مدنظر خود انتخاب فرمائید. این کار باعث می شود تا حد ممکن یون های H+ و OH- خنثی شوند. می توان به این نکته نیز پرداخت که بافر محلولی است تشکیل شده از اسید و یا باز ضعیف، همراه با نمک آن که مقاومت خوبی در برابر تغییرات PH از خود نشان می ‌دهد. از این رو می ‌توان برای از بین بردن سختی آب محلول بافر به کاربرد که ابته در حجم زیاد آب این روش کارساز نخواهد بود .از طرفی با افزایش این خاصیت اسیدی آب، میزان خورندگی آن نیز افزایش یافته و در نتیجه با جاری شدن آب بر بستر زمین و عبور از سطوح مختلف، میزان یون های منفی و مثبت موجود در آب افزایش می کند . در نتیجه آن آب سخت تولید می ‌شود که در صنایع مختلف موجب بروز مشکلاتی می ‌شود برای جلوگیری از این مشکلات روش های گوناگونی ابدا و اختراع شده است که می ‌توان به رزین سختی گیر، دستگاه سختی گیر رزینی، و سختی گیر های مغناطیسی اشاره نمود .موارد گفته شده برای کاهش سختی آب برای پروژه های عظیم همراه با دبی آب ورودی بسیار بالا توصیه می ‌شود اما اگر برای مصارف خانگی و تهیه آب نرم با میزان کم نیاز به کاهش سختی آب است، استفاده از محلول های بافر بیشتر از روش های دیگر توصیه می ‌شود.
کاربرد محلول های بافر در بررسی عملکرد درست آنزیم های بدن انسان و سایر موجودات زنده است. زیرا که PH بافرها در محدوده خاصی به مقدار بسیار ناچیز تغییر می‌کند. این تغییرات در سیستم های بیولوژیکی مانند بدن انسان و سایرموجودات زنده یک شرط مهم و اساسی است. به ‌عنوان یکی از نمونه‌ های بیولوژیکی از تآثیر بافر در بدن انسان می‌ توان به خون اشاره کرد. ایجاد اندک کاهش یا افزایشی ‌در PH خون انسان می ‌تواند سبب مرگ شود. در خون مخلوطی از اسید کربنیک و یون بی کربنات وجود دارد این دو با یکدیگر در تعادل هستند. بنابراین بدن شرایط عادی دارد. اگر میزان PH خون پایین بیاید، کارایی آنزیم‌های بدن کم خواهد شد. برای تعادل PHیون های بی کربنات و هیدروژن از طریق یک واکنش تعادلی با اسید کربنیک این کار را انجام می‌دهند. برای برقراری این تعادل طی یک متابولیسم سلولی، دی اکسید کربن و اسید کربنیک تولید می شوند. علاوه‌ بر بررسی عملکرد درست آنزیم های بدن، محلول‌ بافر در صنعت نیزکاربرد دارد. تخمیر و تهیه الکل نمونه‌ای از کاربرد صنعتی بافرها هستند. تولید مواد شوینده، ساخت انواع شامپو و مواد آرایشی، تهیه مواد نگه دارنده در صنایع غذایی، صنعت چاپ و رنگ و ... نیز نمونه‌های دیگری از کاربرد بافر در صنعت هستند. PH محلول های حاوی بافر صرف نظر از اجزای حاضر در مخلوط، در محدوده بسیار ناچیزی متغیر است و در سیستم های بیولوژیکی این مشخصه یک شرط اساسی برای عملکرد درست آنزیم های بدن انسان و سایر موجودات زنده می باشد. به طور کلی بافر ها در دو دسته کلی بافرهای اسیدی و بازی طبقه بندی می شوند. از آنجا که کارایی بسیاری از آنزیم ها و واکنش های متابولیکی به PH حساس است، بافرها از نظر فیزیولوژیکی بسیار مهم هستند. سیستم بافر فیزیولوژیکی عموما از یک اسید ضعیف و پایه مزدوج آن تشکیل شده است.
_ بافر اسیدی: زمانی که یک محلول بافر را به عنوان یک بافر اسیدی معرفی می کنیم در واقع می گوییم که یک اسید ضعیف را با نمک آن مخلوط کرده ایم. در این حالت PH محلول به دست آمده معمولا کمتر از هفت خواهد بود. یکی از مثال های شناخته شده از بافر های اسیدی، مخلوطی از اتانوییک اسید و اتانوات سدیم است. همانگونه که از اسم و مشخصات این نوع بافرها نیز مشخص است، از آن ها برای حفظ PH محلول های اسیدی استفاده می شود. این بافرها دارای PH اسیدی و کمتر از هفت هستند و از ترکیب یک اسید ضعیف به همراه نمک مشتق شده خود از یک باز قوی به دست می آیند. برای مثال، یک محلول بافری تشکیل شده از غلظت های برابری از اسید استیک و استات سدیم، دارای PH معادل ۴.۷۴ می باشد.
_ بافر بازی: به همان ترتیب که انتظار داریم، از بافرهای بازی برای حفظ و پایداری PH محلول های بازی استفاده می شود. این محلول ها دارای PH قلیایی و بالاتر از هفت هستند و از ترکیب یک باز ضعیف به همراه نمک مشتق شده شان از یک اسید قوی تشکیل می شود. از جمله محلول های بافری بازی می توان به محلول آبی هیدروکسید آمونیوم و کلرید آمونیوم اشاره کرد که دارای PH برابر ۹.۲۵ می باشد. این ماده جایگزین مناسبی برای کربنات سدیم است، که هم از لحاظ مصرف و هم از لحاظ قیمت مقرون به صرفه می باشد. معمولابعد از مرحله رمق کشی در دمای چهل تا شصت درجه سانتی گراد بر اساس واکنش پذیری رنگ های وینیل سولفون یا بای فانکشنال به نسبت معینی به حمام رنگ اضافه شده و برای تثبیت کامل رنگ، عملیات به مدت سی تا شصت دقیقه ادامه داده می شود. همچنین می تواند برای شستشوی اولیه و سفید گری نیز اضافه شود. بافر قلیایی مایع به راحتی در دمای معمولی در آب رقیق می شود، و می توان آن را در سیستم هایی که اتوماسیون هست، مصرف نمود. به دلیل وجود ترکیبات یکنواخت کننده و فیکس کننده به ثابت نگه داشتن سطح PH در سیستم رمق کشی کمک کرده و ثبات رنگی را نیز بهبود می بخشد.
همان طور که بیان کردیم، محلول هایی که به عنوان بافر می شناسیم و مورد استفاده قرار می دهیم تنوع بالایی دارند. این محلول ها بر اساس اسیدی یا بازی بودن شان دسته بندی می شوند. برای مثال یکی از محلول های بافر معروفی که با آن سر و کار داریم، محلول بافر حاصل از ترکیب اسید استیک با سدیم استات است. هدف از به کار بردن آن ها در آزمایشات متفاوت حفظ ثبات در PH محیط آزمایش است، چرا که این ترکیبات با افزوده شدن اسید قوی یا یک باز قوی به محیط، مقاومت بالایی در برابر تغییر دارند. بنابراین زمینه کاربرد اصلی محلول بافر هر چه که باشد، هدف از به کار بردن آن حفظ تعادل PH محیط است. به محلول بافر، بافر PH یا بافر یون هیدروژن نیز گفته می شود. این ترکیب، یک محلول آبی متشکل از یک اسید ضعیف و پایه مزدوج آن یا بالعکس می باشد. وقتی مقدار کمی اسید یا باز قوی به آن اضافه شود، PH آن به مقدار بسیار کم تغییر می کند. محلول های بافر به عنوان ابزاری برای نگه داشتن PH در مقدار تقریبا ثابت در طیف گسترده ای از کاربردهای شیمیایی استفاده می شوند. در طبیعت، سیستم های بسیاری وجود دارد که از تنظیم بافر، به منظور تنظیم PH استفاده می کنند. به عنوان مثال، از سیستم بافر بی کربنات برای تنظیم PH خون استفاده می شود. در صنعت نساجی، اندازه گیری PH در فرآورده های آزمایش محصول، پیش تصفیه ها، رنگرزی و اتمام مهم است. بافر PH ماده ای است که وقتی مقادیر کمی اسید یا باز به آن اضافه شود، در برابر تغییر PH مقاومت می کند. جالب است بدانید که در محیط های طبیعی می توان سیستم بافری متنوعی را دید. ترکیب آمونیوم کلرید به همراه آمونیاک نیز یک مثال دیگر از محلول های بافری است که در زمینه های متفاوت مورد استفاده قرار می گیرد. بافر کربنات و بی کربنات سدیم نیز از جمله دیگر بافر های شناخته شده در علم شیمی است. اما در این میان یکی از معروف ترین و شناخته شده ترین بافر هایی که با آن مواجه هستیم، خون است. خون را می توان به عنوان یک سیستم بافری طبیعی در نظر گرفت. محلول بافر موجود در پلاسمای خون، ترکیبی از کربنیک اسید و بی کربنات است. وجود این بافر در خون موجب شده تا PH خون در یک بازه نرمال و ثابت باقی بماند.
شرایط نگهداری محلول های بافر اهمیت زیادی دارد برای نگهداری هر چه بهتر محلول های بافر خود، بهتر است بافرها را در دمای محیط نگهداری کنید. افزایش زیاد از حد دما یا سرد بودن محیط نگهداری بافر می تواند روی خواص و کارکرد آن تأثیر زیادی بگذارد. محلول های بافر ترکیبات حساسی هستند و از همین حیث نیز به شرایط نگهداری به خصوصی نیاز دارند. این ترکیبات یک طول عمر مشخص دارند. تاریخ انقضاء محلول های صنعتی که به صورت آماده خریداری می شوند روی آن ها درج شده است. با این حال اگر درست نگهداری نشوند، برای مثال درب بسته بندی آن ها باز باشد، این مدت زمان کمتر نیز می شود. به همین دلیل بهتر است این محلول ها در ظرف های به خصوصی نگهداری شوند. اگر محلول بافر خود را به صورت شرکتی تهیه کرده اید، ظرف طراحی شده توسط خود شرکت ایده آل ترین ظرف برای نگهداری محلول بافر مورد نظر خواهد بود. حتما از بسته بودن درب محلول مطمئن شده و به تاریخ انقضاء درج شده روی آن نیز توجه کنید.
خرید بافرها نیاز به اطلاعاتی دارد که ما به شماگوشزد خواهیم کرد. اولین و مهم ترین موضوعی که در زمان خرید محلول های بافر باید در نظر داشته باشید، خرید یک محلول با کیفیت و تضمین شده است. به همین دلیل حتما در هنگام خرید محلول بافر مورد نظر خود حتما مشخصات درج شده روی محصول را بررسی کنید. بررسی کنید که تا اتمام تاریخ انقضای محلول بافر مورد نظر مدت زمان کمی باقی نمانده باشد. زیرا بافر ها بعد از اتمام تاریخ انقضاء خواص خود را از دست می دهند. مواردی از جمله استاندارد های لازم، تاریخ تولید و انقضای محصول و مواردی از این قبیل را باید حتما در هنگام خرید در نظر گرفت. از همه مهم تر این که در کل بهتر است محلول مورد نظر خود را حتما از تولید کننده ها و فروشگاه های معتبر تهیه کنید. علاوه بر این موارد، از آن جایی که محلول بافر ترکیب حساسی است و ممکن است در برخی شرایط کارکرد خود را به دلیل نگهداری نامناسب از دست دهد، بهتر است حجمی که خریداری می کنید را متناسب با نیاز و کاربرد محلول بافر انتخاب نمایید. نکته مهم دیگری که وجود دارد نوع بافر و PH معرفی شده برای آن است. همان طور که پیش از این نیز به آن اشاره شد، بافر های اسیدی و بافر های بازی مشخصه های متفاوتی دارند. مهم ترین آن ها نیز PH نهایی بافر است. حتما در هنگام استفاده از محلولی که خریداری کرده اید، PH آن را اندازه گیری کرده و آن را با PH مشخص شده روی محصول مقایسه کنید. به این ترتیب می توانید از کیفیت و قابل اطمینان بودن محلول بافر مورد نظر مطمئن شوید. برای خرید بافر ها می توانید به سایت دانا آزما مراجعه فرمائید.

بیشتر

کمتر