TRIS und Kohlensäure, Konzentration aus pH berechnen

Wissenschaft Chemie
#1

Hallo Chemiker,

ich weiß, ich offenbare hier wieder mal eine offene Flanke…folgende Frage:

Ich möchte die CO2-Aufnahme aus der Umgebungsluft für eine 50 mM TRIS-Lösung über deren pH-Wert bestimmen. Wie muss ich da vorgehen?

Beispiel:
Ich löse 10 mM TRIS in Aqua dest. auf und komme auf einen Start-pH von 9,45 +/-0,01
Ich fülle 500 µl des Puffers in ein 1 ml-Röhrchen ein, welches ich fest verschließe
Aus der Gasphase wird nun CO2 absorbiert und nach 24 h kann ich einen pH-Wert von 9,34 +/-0,01 messen

Mit der Henderson-Hasselbalch-Gleichung müsste ich ja nun irgendwie ausrechnen können, wie viel CO2 absorbiert wurde. Nur wie muss ich vorgehen, wenn ich mit H2CO3 eine 2-protonige konjugierte Säure habe? Ich finde auch keinen pKs-Wert für dieses Puffersystem.

VG, Jesse

#2

Bedeutet das, dass du 0,01 mol TRIS mol in wieviel Wasser
auflöst z.B. in einem Liter. Oder wie? Was du da beschreibst ist so ohne
weiteres nicht nachvollziehbar!? Wenn du mit 0,01 mol/l TRIS (also der Base) einen pH- Wert von 9,45 gemessen hast dann ist das ein Hinweis darauf dass der pH- Wert schon jetzt sehr stark von der Ionenstärke
(Aktivitätskoeffizienten) geprägt ist, was im Weiteren sehr komplizierte
Rechnungen mit Ionen- und Stoffbilanzen erfordert. Wie auch der Umstand, dass die Attacke auf den Puffer durch eine schwache Säure erfolgt, deren Protolysegleichgewicht(e) mit der des Puffers in Wechselwirkung tritt.

Klar kannst du das mit „HH“ rechnen. Rechnen kann man alles.

#3

Ja, sorry für die Verwirrung. Ich meine 50 mmolar bzw. 10 mmolar, wir haben testweise beides hergestellt, also 0,05 bzw. 0,01 mol/l TRIS gelöst und sofort in Röhrchen verschlossen. Ziel der Aktion ist es, über die pH-Absenkung des Puffers möglichst genau zu messen ob bzw. wieviel CO2 in diese Röhrchen eindringt (soll es nämlich nicht). TRIS wurde einfach verwendet, weil es eine Urtitersubstanz ist. Ferner wurde stillschweigend davon ausgegangen, das das aufgenommene CO2 im pH-Bereich von 10 und 7 näherungsweise vollständig zu HCO3- reagiert und die abgegebenen Protonen 1:1 mit TRIS zu TRISH+ umgesetzt werden. Somit haben wir Henderson Hasselbalch einfach für das TRIS angesetzt.

Nun wurden die befüllten Röhchen aber noch gar keiner CO2-Atmosphäre ausgesetzt. Sie wurden lediglich in regelmäßigen Zeitabständen kurz geöffnet, um den pH-Wert zu messen. Der pH-Wert das 50 mmolaren Puffers lag nach knapp 18 Stunden bei 9,45, nach 24 h bei 9,33 und nach 60 h bei 9,23, ein Ende ist noch nicht wirklich absehbar… Mit unserem HH-Ansatz sind die gemessenen pH-Werte durch eine CO2-Aufnahme aus der Gasphase im Röhrchen (550 µl Luft) unerklärlich, weil die errechneten CO2-Konzentrationen im Puffer bereits jetzt 2 Zehnerpotenzen über dem liegen, was überhaupt in der Gasphase vorhanden war und hätte aufgenommen werden können.

Wir suchen jetzt den (die) Fehler bzw. überhaupt eine geeignete Methode/ Lösung zur Bestimmung des aufgenommenen CO2 über den pH-Wert. Problem ist, dass es um sehr kleine Lösungsvolumina (<500 µl) und absorbierbare CO2-Mengen im Bereich von 10^-5 bis 10^-6 mol handelt. Da lässt ich der pH-Wert zwar noch gut messen, aber ordentlich titrieren kann man nicht mehr.

VG, Jesse

#4

Wenn ich jetzt mal einfach den bei TRIS(Wikipedia) aufgeführten pKs- Wert (8,2) nehme –also pKb = 5,8- dann komme ich bei 0,01 mol/l auf pH > 10 und bei 0,05 mol/l schon fast an pH 10,5 heran. Das ist schon eine pH Einheit basischer als von dir gemessen. Bei einem pH Wert von 9,45 würde man nach „HH“ schon eine deutliche Protonierung der Base erwarten etwa 18Tl. Base zu 1 Tl. protonierter Base. Liegt das vielleicht an eingeschleppten Säurespuren beim Ansetzen der TRIS- Lösung?

Ansonsten könntest du es ja mal mit einer wirklich gut pH- eingestellten TRIS- Lösung versuchen, dieser steigende Mengen Hydrgencarbonat zufügen und sehen ob sich da pH- Änderungen ergeben die in irgendeiner Weise gegen HCO3(-) kalibrierbar sind, das ist allemal besser als Rechnen. Natürlich gibt es auch CO2- Analysatoren (ich kenn die noch über Leitfähigkeitsmesszellen mit Differenzverstärkern, Servomotoren und Rückwirkung über Wheatstone-Brücke mit Laufrädchenanzeige, also deutlich Vordigital) aber das ist in seiner Weiterentwicklung wohl etwas fürs ganz große Portmonee.

#5

Vielen Dank Peter. Wir konnten das Problem mit dem Start-pH bisher noch nicht lösen, das TRIS wurde in deionisiertem Wasser (Leitwertkontrolle) gelöst und von eingeschleppten Säure’spuren’ könnte man ja bei diesen pH-Differenzen gar nicht mehr reden. Mein größeres Problem ist vermutlich die kontinuierliche pH-Änderung über mehrere Tage - er fiel gestern immer noch weiter.

Wir haben die TRIS-Lösung jetzt noch einmal neu angesetzt und das verwendete deionisierte Wasser direkt zuvor abgekocht, damit liegen wir 0,3 - 0,4 pH-Einheiten höher, also immer noch deutlich zu niedrig. Wenn wir den pH dieses Mal stabil kriegen und irgendwo Natron finden, werde ich die Kalibrierung mal versuchen. Ich melde mich dann wieder… :slight_smile: