일반생물학실험 | 완충액 (Buffer solution)

 

 

 

“완충”이라는 단어는 보통 “충격을 흡수하는”이라는 의미로 사용된다. 예를들어, 자동차의 범퍼는 충돌의 에너지를 흡수하는 완충제로서 승객을 보호하는 역할을 한다. 완충 용액은 용액의 pH에 대해서 이와 유사한 효과를 보인다. buffer solution은 제한된 양의 센산이나 센염기의 첨가에 의한 pH의 변화를 억제한다.

 

pH조절은 모든 생물체가 수행하는 공통적이고 필수적인 활동이다. 생물체 내에서 수소이온의 농도는 매우 좁은 범위 내에서 유지되어야 한다. 예를 들어 정상적인 사람의 혈액의 pH는 7.4이다. 이 pH가 0.2정도로 아주 작게 변해도 혼수 상태를 일으키거나 심지어는 죽음에까지 이른다. 생물은 완충액을 사용하여 수소이온의 농도를 일정하게 조절한다. 가장 흔한 완충액은 약산과 짝염기로 구성된다. 완충액은 그 구성 성분의 평형 때문에 pH 변화를 억제한다, 그리고 완충액은 르샤틀리에의 원리에 따라 작용한다. 즉 평형상태에서 한 반응에 어떤 변화를 주면 그 변화를 제거하려는 방향으로 평형이 일어난다.

 

완충용액은 OH-이온을 중화하는 산성 화학종과 H⁺이온을 중화하는 염기성 화학종을 모두 포함하므로 pH변화에 저항한다. 이러한 필요성은 HC₂H₃O₂-C₂H₃O₂^- 혹은 NH₄⁺-NH₃ 같은 약한 산-염기쌍에 의해 충족된다. 그리하여 완충용액은 산 혹은 염기의 염과 약한 산 혹은 약한 염기를 섞어 만들 수 있다. 예를 들어 HC₂H₃O₂-C₂H₃O₂^- 완충용액은 HC2H3O2 용액에 NaC₂H₃O₂ 를 가하여 만들 수 있다. 적절한 성분을 선택하고 그들의 상대 농도를 조절하여 실제로 어떤 pH 용액을 완충할 수 있는 것이다.

 

이러한 완충액이 어떤 특정 pH를 유지하는 능력은 두 가지 안자에 달려있다. 첫쨰는 산-짝염기 쌍의 몰 농도 이고 두 번째는 산-짝염기 쌍 농도의 비율이다. 완충용량은 완충액성분의 농도에 직접 비례한다. 즉, 완충액의 분자가 더 많을수록 pH 변화 없이 H⁺ 와 OH^-가 더 많이 흡수될 수 있다. 완충액의 농도는 약산과 그 짝염기의 농도의 총합이다. 가장 효과적인 완충액은 0.1㏖의 아세트산과 0.1㏖의 아세트산염 나트륨처럼 동일한 농도의 산과 그 짝염기를 갖고 있는 용액이다.

 

본 실험에서 만들 완충용액은 TAE buffer이다. TAE buffer는 DNA전기영동 할 때에 pH버퍼로 쓰인다. TAE buffer 에 들어가는 tris는 양이온을 공급하고, acetic acid는 tris의 pH농도가 11정도가 되어 pH가 너무 높으면 DNA가 해리되기 때문에 이를 낮춰주는 역할을 한다. EDTA는 효소와 금속이온의 결합을 풀어서 분리시킨다. 따라서 효소가 제 기능을 못하게 되는데, EDTA를 buffer에 넣음으로써 전기영동하는 동안에도 DNA는 DNA 분해효소인 DNase로 부터 보호가 된다. 본 실험에서 Buffer solution을 만듬으로써 완충액의 역할과 사용법을 익히고, 그 원리를 알도록 한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 저울을 이용하여 Tris의 무게 2.42g을 측정한 후에, 증류수가 50㎖ 담 긴 비커에 넣어준다.

 

2) 자석교반기를 이용하여 Tris 2.42g을 증류수에 녹여 준 다음, 피펫을 이 용하여 0.5M EDTA 1000㎕와 Acetic acid 556㎕을 넣어준다.

 

3) 만들어진 용액을 매스실린더에 넣고 눈금이 100㎖가 될 때까지 증류 수를 넣어준다.(눈금이 95㎖가 되었을 때부터는 피펫을 이용해서 조금 씩 증류수를 넣도록 한다.)

 

4) pH meter를 pH 4, 7, 10의 순서대로 표준 값을 이용하여 보정한다.

 

5) pH meter로 용액의 PH값을 측정하면서 PH 8이 될 때까지 HCl용액을 넣어준다. (pH paper를 이용하여 paper의 색깔 변화도 본다.)

 

6) 용액의 pH가 8이 될 때까지의 넣은 HCl의 양에 따른 pH 변화값을 기 록하고, 만들어진 pH8의 완 충용액을 50㎖ microtube에 2번씩 나누어 담아 보관한다.

 

 

 

[일반생물학실험] 완충액 (Buffer solution) 레포트