Buffers and Isotonic Solutions - Pharmaceutical Inorganic Chemistry B. Pharma 1st Semester

బఫర్‌లు మరియు ఐసోటోనిక్ సొల్యూషన్స్

కంటెంట్‌లు

• pH, pH స్కేల్ మరియు బఫర్‌ల నిర్వచనాలు మరియు భావన

• వివిధ బఫర్ సిస్టమ్ మరియు దాని కూర్పులు

• pH మరియు బఫర్‌ల ఫార్మాస్యూటికల్ అప్లికేషన్‌లు

• బఫర్ చర్య మరియు బఫర్ చర్య యొక్క మెకానిజం

• బఫర్ సామర్థ్యం మరియు దాని ప్రాముఖ్యత

• కణజాల చికాకుపై pH మరియు బఫర్‌ల ప్రభావం

• ఐసోటోనిక్ పరిష్కారాలు మరియు దాని ప్రాముఖ్యత

• పారాటోనిక్ సొల్యూషన్స్ మరియు ఫిజియాలజీపై దాని ప్రతికూల ప్రభావాలు

• టానిసిటీ సర్దుబాటు యొక్క వివిధ పద్ధతులు

• ఆమ్ల మరియు ప్రాథమిక బఫర్‌ల కోసం హెండర్సన్-హాసెల్‌బాల్చ్ సమీకరణాలు

• బఫర్ సమీకరణాల అప్లికేషన్లు

• ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్ సిస్టమ్స్ మరియు ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్ సిస్టమ్ తయారీ

• ఫిజియోలాజికల్ బఫర్ సిస్టమ్స్ మరియు వాటి ప్రాముఖ్యత

శిక్షణ లక్ష్యాలు

ఈ ఉపన్యాసం ముగింపులో, విద్యార్థి చేయగలరు

• pH మరియు pH స్కేల్ యొక్క భావన మరియు ప్రాముఖ్యతను వివరించండి

• pH స్కేల్ యొక్క ప్రాముఖ్యతను వివరించండి

• బఫర్‌లు మరియు బఫర్ సిస్టమ్‌ల భావన మరియు కూర్పును వివరించండి

• pH మరియు బఫర్‌ల అప్లికేషన్‌లను వివరించండి

• బఫర్ చర్య మరియు దాని యంత్రాంగాన్ని వివరించండి

• బఫర్ సామర్థ్యం మరియు గరిష్ట బఫర్ సామర్థ్యాన్ని వివరించండి

• కణజాల చికాకుపై బఫర్ సామర్థ్యం మరియు pH మధ్య సంబంధాన్ని చర్చించండి

• ఐసోటోనిక్ సొల్యూషన్స్ భావన మరియు ఫిజియోలాజికల్ సిస్టమ్స్‌లో దాని ప్రాముఖ్యతను వివరించండి

• ఔషధ సూత్రీకరణలలో పారాటోనిక్ సొల్యూషన్స్ మరియు దాని ప్రాముఖ్యతను వివరించండి

• టానిసిటీ సర్దుబాటు యొక్క వివిధ పద్ధతులను వివరించండి

• బలహీన ఆమ్లం మరియు బలహీనమైన బేస్ కోసం బఫర్ సమీకరణాన్ని చర్చించండి

• బఫర్ సమీకరణం యొక్క అనువర్తనాన్ని వివరించండి

• బలహీనమైన యాసిడ్ లేదా బేస్ మరియు దాని ఉప్పు కోసం బఫర్ సమీకరణాన్ని వివరించండి

• బఫర్ సమీకరణం యొక్క అనువర్తనాన్ని చర్చించండి

• ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్ సిస్టమ్ మరియు దాని ప్రాముఖ్యతను వివరించండి

• ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్‌ల తయారీ పద్ధతిని వివరించండి

• వివిధ జీవ బఫర్ వ్యవస్థ మరియు దాని ప్రాముఖ్యతను వివరించండి

pH మరియు సోరెన్సెన్ యొక్క pH స్కేల్

• థర్మోడైనమిక్ పరంగా, pH హైడ్రోనియం అయాన్ల చర్య యొక్క ప్రతికూల సంవర్గమానంగా నిర్వచించబడింది

• సోరెన్సెన్ pHని హైడ్రోజన్ అయాన్ గాఢత యొక్క పరస్పర సంవర్గమానంగా నిర్వచించారు

• గణితశాస్త్రపరంగా pH ఇలా వ్యక్తీకరించబడింది:

pH=లాగ్ 1/[H ₃ O ⁺ ]........(1)

సమీకరణం (1) ఇలా పునర్వ్యవస్థీకరించబడవచ్చు

pH=log1 - లాగ్[H ₃ O ⁺ ]…………(2)

లాగ్ 1 సున్నా కాబట్టి, సమీకరణం (2)ని ఇలా వ్రాయవచ్చు

pH= -log[H ₃ O ⁺ ]

• pH హైడ్రోజన్ అయాన్ గాఢత యొక్క ప్రతికూల సంవర్గమానంగా నిర్వచించబడవచ్చు

• సోరెన్సెన్ హైడ్రోజన్ అయాన్ సంభావ్యతను సూచించడానికి pH అనే పదాన్ని స్థాపించాడు

• ప్రతికూల సంవర్గమానాన్ని వ్యక్తీకరించడానికి p పదం ఉపయోగించబడుతుంది.

_{• H 3} O ⁺ యొక్క ఏకాగ్రత మొలారిటీ, మోల్స్/లీటర్ మొదలైనవిగా వ్యక్తీకరించబడింది.

• సొల్యూషన్స్ బలహీనంగా ఆమ్ల లేదా బలమైన ఆల్కలీన్‌గా పేర్కొనబడ్డాయి మరియు ద్రావణం యొక్క ఆమ్లత్వం యొక్క పరిధిని సోరెన్‌సెన్ స్కేల్ ద్వారా వివరించవచ్చు

సోరెన్సెన్ యొక్క pH స్కేల్

• pH విలువలు మరియు H ₃ O ⁺ అయాన్ల వివిధ సాంద్రతల ఆధారంగా, ఒక స్కేల్ రూపొందించబడింది మరియు దానిని అభివృద్ధి చేసిన సోరెన్‌సెన్ పేరు పెట్టబడింది.

• స్కేల్ సున్నా pHతో మొదలవుతుంది, అనగా హైడ్రోజన్ అయాన్ గాఢత 1, అంటే ద్రావణం బలంగా ఆమ్లంగా ఉంటుంది

• స్కేల్ యొక్క మరొక చివరలో, pH 14, అంటే హైడ్రోజన్ అయాన్ గాఢత 10 ^-14 బలమైన ఆల్కలీన్

• కేంద్ర బిందువు pH స్కేల్ 7.0, ఎందుకంటే [H ₃ O ⁺ ] [OH ^- ]కి సమానం, అంటే హైడ్రోజన్ అయాన్ గాఢత 10 ^-7

• pH=7 అంటే తటస్థం

• 7.0 కంటే తక్కువ pH విలువలు ఉన్న ప్రాంతం ఆమ్లంగా మరియు PH 7.0 పైన ఉన్న ప్రాంతం ప్రాథమిక (లేదా ఆల్కలీన్)గా సూచించబడుతుంది.

pH యొక్క అప్లికేషన్లు

• ద్రావణీయతను పెంచడం

• స్థిరత్వాన్ని పెంచడం

• స్వచ్ఛతను మెరుగుపరచడం

• జీవసంబంధ కార్యకలాపాలను ఆప్టిమైజ్ చేయడం

• శరీరానికి ఓదార్పునిస్తుంది

• ఉత్పత్తుల నిల్వ

బఫర్‌ల నిర్వచనం మరియు అప్లికేషన్‌లు

• బఫర్‌లు అనేది సమ్మేళనాలు లేదా సమ్మేళనాల మిశ్రమాలు, ఇవి ద్రావణంలో వాటి ఉనికిని బట్టి, చిన్న పరిమాణంలో ఆమ్లం లేదా క్షారాల జోడింపుపై pHలో మార్పులను నిరోధిస్తాయి.

• pHలో మార్పుకు ప్రతిఘటనను బఫర్ చర్య అంటారు

• బఫర్‌ల యొక్క విభిన్న లక్షణ లక్షణాలు-

- వాటికి ఖచ్చితమైన pH విలువ ఉంటుంది

- బఫర్‌ల pH విలువ ఎక్కువ కాలం ఉంచడం లేదా పలుచన చేయడంపై మారదు

- బఫర్ యొక్క pH విలువ చిన్న పరిమాణంలో ఆమ్లాలు లేదా క్షారాలను జోడించడం ద్వారా చాలా కొద్దిగా మార్చబడుతుంది

బఫర్‌ల అప్లికేషన్‌లు

• బఫర్‌ల అప్లికేషన్‌లు-

- ద్రావణీయతను పెంచడం

- స్థిరత్వాన్ని పెంచడం

- స్వచ్ఛతను మెరుగుపరచడం

- జీవసంబంధ కార్యకలాపాలను ఆప్టిమైజ్ చేయడం

- శరీరానికి సాంత్వన చేకూరుస్తుంది

బఫర్ సిస్టమ్స్- కంపోజిషన్ మరియు ఉదాహరణలు

• క్రింద వివరించిన విధంగా బఫర్ పరిష్కారాల తయారీలో రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సమ్మేళనాల కలయిక ఉపయోగించబడుతుంది-

-బలహీనమైన ఆమ్లం మరియు దాని సంయోగ ఆధారం, అంటే బలమైన ఆధారం కలిగిన బలహీన ఆమ్లం యొక్క ఉప్పు. ఉదాహరణ, ఎసిటిక్ యాసిడ్ మరియు సోడియం అసిటేట్ కలిగిన ద్రావణం

- బలహీనమైన ఆధారం మరియు దాని సంయోగ ఆమ్లం, అనగా బలమైన ఆమ్లంతో బలహీనమైన బేస్ యొక్క ఉప్పు. ఉదాహరణ, అమ్మోనియం హైడ్రాక్సైడ్ మరియు అమ్మోనియం క్లోరైడ్ కలిగిన ద్రావణం

- రెండు లవణాలు యాసిడ్-బేస్ జతగా పనిచేస్తాయి. ఉదాహరణ, మోనోబాసిక్ పొటాషియం ఫాస్ఫేట్ (KH ₂ PO ₄ ) మరియు డైబాసిక్ పొటాషియం ఫాస్ఫేట్ (K ₂ HPO ₄ ) యొక్క పరిష్కారం

- యాంఫోటెరిక్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు బఫర్ సిస్టమ్‌లుగా పనిచేస్తాయి. ఉదాహరణ గ్లైసిన్ యొక్క పరిష్కారం

- బలమైన ఆమ్లాల పరిష్కారాలు మరియు బలమైన స్థావరాల పరిష్కారాలు సాపేక్షంగా అధిక సాంద్రత కలిగిన హైడ్రోనియం అయాన్లు మరియు హైడ్రాక్సిల్ అయాన్ల కారణంగా బఫర్ చర్యను ప్రదర్శిస్తాయి. ఉదాహరణకు, హైడ్రోక్లోరిక్ యాసిడ్ బఫర్‌లు 1.2 నుండి 2.2 పరిధిని కలిగి ఉంటాయి, వీటిలో పొటాషియం క్లోరైడ్ ఉంటుంది.

• ఔషధాల యొక్క పరిష్కారాలు బఫర్ చర్యను మానిఫెస్ట్ చేస్తాయి, అయితే వాటి బఫర్ సామర్థ్యాలు తక్కువగా ఉంటాయి. కొన్ని ఉదాహరణలు:

- ఆమ్ల మాధ్యమంలో ఎఫెడ్రిన్ ఎఫెడ్రిన్ హైడ్రోక్లోరైడ్ యొక్క ఉప్పును ఏర్పరుస్తుంది, ఇది బలహీనమైన బేస్ మరియు దాని ఉప్పు బలమైన ఆమ్లంతో సమానమైన బఫర్ వ్యవస్థగా పనిచేస్తుంది.

- సాలిసిలిక్ యాసిడ్‌ను మెత్తని గాజు సీసాలో నిల్వ చేసినప్పుడు, కంటైనర్‌లోని సోడియం అయాన్లు సాలిసిలిక్ యాసిడ్‌తో చర్య జరిపి సోడియం సాలిసిలేట్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. ద్రావణం బలహీనమైన యాసిడ్ మరియు దాని ఉప్పు బలమైన బేస్‌తో సమానమైన బఫర్‌గా ప్రవర్తిస్తుంది

బఫర్ యాక్షన్-మెకానిజమ్స్

• యాసిడ్ బఫర్ యొక్క బఫర్ చర్య

• బలహీన ఆమ్లం మరియు దాని ఉప్పు మిశ్రమం యొక్క అయనీకరణ సమీకరణం, ఉదాహరణకు, ఎసిటిక్ ఆమ్లం మరియు సోడియం అసిటేట్ ఇలా ఇవ్వవచ్చు:

బలమైన ఎలక్ట్రోలైట్ :

                                                                          H ₂ O

CH ₃ COONa ------- à Na ⁺ + CH ₃ COO ^- .........(పూర్తిగా అయనీకరణం చేయబడింది)

బలహీన ఆమ్లం:

CH ₃ COOH + H ₂ O ß à H ₃ O ⁺ + CH ₃ COO ^- ..........(కొద్దిగా అయనీకరణం చేయబడింది)

• అందువల్ల, ద్రావణంలో చాలా తక్కువ H ₃ O ⁺ అయాన్లు ఉంటాయి, కానీ సోడియం అయాన్లు మరియు అసిటేట్ అయాన్లు అధికంగా ఉంటాయి.

• కొద్ది మొత్తంలో యాసిడ్ జోడించబడినప్పుడు, ద్రావణంలో ఉన్న H 3 O + అయాన్లు CH ₃ COO ^తో _{ప్రతిస్పందిస్తాయి} - ^ఇలా :

H ₃ O ⁺ + CH ₃ COO ^- à CH ₃ COOH + H ₂ O

• జోడించబడిన ఉచిత H ₃ O ⁺ అందుబాటులో లేనందున, pH మారదు

• చిన్న మొత్తంలో బేస్ జోడించబడినప్పుడు, బేస్ ద్వారా అమర్చబడిన హైడ్రాక్సిల్ అయాన్లు ఎసిటిక్ యాసిడ్ ద్వారా తటస్థీకరించబడతాయి:

OH ^- + CH ₃ COOH à CH ₃ COO ^- + H ₂ O

• జోడించబడిన ఉచిత OH ^- అయాన్లు అందుబాటులో లేనందున, pH మారదు

• అందువల్ల తక్కువ మొత్తంలో యాసిడ్ లేదా బేస్ జోడించబడినప్పుడు బఫర్ చర్య నిర్వహించబడుతుంది

ఆల్కలీన్ బఫర్ యొక్క బఫర్ చర్య

• అమ్మోనియం హైడ్రాక్సైడ్ మరియు అమ్మోనియం క్లోరైడ్ మిశ్రమం యొక్క బఫర్ చర్య పరిగణించబడుతుంది మరియు సమీకరణాన్ని ఇలా ఇవ్వవచ్చు:

• బలమైన ఎలక్ట్రోలైట్:

                                                                            H ₂ O

NH ₄ Cl ------- à NH ₄ ⁺ + Cl ^- ........(పూర్తిగా అయనీకరణం చేయబడింది)

బలహీనమైన పునాది:

                                                                                 H ₂ O

NH ₄ OH ß ------ à NH ₄ ⁺ + OH ^- ........(కొద్దిగా అయనీకరణం చేయబడింది)

• ద్రావణంలో చాలా తక్కువ OH ^- అయాన్లు ఉంటాయి, కానీ అమ్మోనియం అయాన్లు మరియు క్లోరైడ్ అయాన్లు అధికంగా ఉంటాయి

• కొద్ది మొత్తంలో యాసిడ్ జోడించబడినప్పుడు, యాసిడ్ నుండి పొందిన H ₃ O ⁺ అయాన్లు NH4OHతో ఇలా ప్రతిస్పందిస్తాయి:

H ₃ O ⁺ + NH ₄ OH ß à NH ₄ ⁺ + 2H ₂ O

• జోడించబడిన ఉచిత H ₃ O ⁺ అయాన్లు అందుబాటులో లేనందున, pH మారదు

• బలమైన బేస్ జోడించబడినప్పుడు, బేస్ ద్వారా అమర్చబడిన హైడ్రాక్సిల్ అయాన్లు NH ₄ ⁺ ద్వారా తటస్థీకరించబడతాయి :

OH ^- + NH ₄ ⁺ ß à NH ₄ OH

• జోడించబడిన ఉచిత OH ^- అయాన్లు అందుబాటులో లేనందున, pH మారదు

బఫర్ కెపాసిటీ

• బఫర్ కెపాసిటీ (బఫర్ సామర్థ్యం, ​​బఫర్ ఇండెక్స్ లేదా బఫర్ విలువ అని కూడా పిలుస్తారు) అనేది బలమైన బేస్ (లేదా యాసిడ్) పెంపుదల మరియు ఈ జోడింపు ద్వారా వచ్చిన pHలో చిన్న మార్పుకు నిష్పత్తిగా నిర్వచించబడింది.

• ఇతర మాటలలో, pH మార్పుకు బఫర్ యొక్క ప్రతిఘటన యొక్క పరిమాణాన్ని బఫర్ సామర్థ్యంగా సూచిస్తారు

• బఫర్ సామర్థ్యం, ​​β, గణితశాస్త్రపరంగా ఇలా వ్యక్తీకరించబడింది-

β= ΔB / ΔpH

ఇక్కడ, Δ అనేది పరిమిత మార్పు, మరియు ΔB అనేది ΔpH యొక్క మార్పును ఉత్పత్తి చేయడానికి బఫర్ ద్రావణానికి జోడించబడిన గ్రామ సమానమైన/లీటరు బలమైన బేస్‌లో చిన్న పెరుగుదల.

• బఫర్ సామర్థ్యం కోసం వాన్ స్లైక్ యొక్క సమీకరణం ఇలా సూచించబడుతుంది:

β = 2.303C కా [H ₃ O ⁺ ] / (Ka + [H ₃ O ⁺ ]) ²

ఇక్కడ C అనేది మొత్తం బఫర్ ఏకాగ్రత

• గరిష్ట బఫర్ సామర్థ్యాన్ని βmax=0.576C ద్వారా అందించవచ్చు

కణజాల చికాకుపై బఫర్ కెపాసిటీ మరియు pH ప్రభావం

• బఫర్ కెపాసిటీ తక్కువగా ఉంచబడితే, కంటిలోకి ప్రవేశపెట్టడానికి పరిష్కారాల pH గుర్తించదగిన నొప్పి లేదా నష్టం లేకుండా 4.5 నుండి 11.5 వరకు మారవచ్చు.

• నాన్-ఇరిటేషన్ యొక్క pH పరిధిని స్థాపించడం సాధ్యం కాదు, అయితే ఇది సూత్రీకరణలలో ఉపయోగించబడిన బఫర్ యొక్క బఫర్ సామర్థ్యంపై ఆధారపడి ఉంటుంది

• కణజాల చికాకు, నిర్వహించబడుతున్న ద్రావణం మరియు అది ఉపయోగించే శారీరక వాతావరణం మధ్య పెద్ద pH వ్యత్యాసాల కారణంగా, ఈ సమయంలో తక్కువగా ఉంటుంది:

- పరిష్కారం యొక్క బఫర్ సామర్థ్యం తక్కువగా ఉంటుంది

- ఇచ్చిన ఏకాగ్రత కోసం ఉపయోగించే వాల్యూమ్ చిన్నది

- ఫిజియోలాజిక్ ద్రవం యొక్క పెద్ద వాల్యూమ్ మరియు బఫర్ సామర్థ్యం

బఫర్ ఐసోటోనిక్ సొల్యూషన్స్

• ఎర్ర రక్త కణం కంటెంట్‌ల మాదిరిగానే ఉప్పు సాంద్రత మరియు అదే ద్రవాభిసరణ పీడనం కలిగిన ద్రావణాలు రక్తంతో ఐసోటోనిక్‌గా చెప్పబడతాయి.

• ఐసోటోనిక్ సొల్యూషన్స్ యొక్క ఉదాహరణలు- 0.9% w/v సోడియం క్లోరైడ్ ద్రావణం, 5%w/v డెక్స్ట్రోస్ ద్రావణం మరియు 2% w/v బోరిక్ యాసిడ్ ద్రావణం

• బఫర్డ్ ఐసోటోనిక్ సొల్యూషన్ అనేది ఐసోటోనిసిటీని మరియు శరీర ద్రవాల pHని నిర్వహించే పరిష్కారంగా నిర్వచించబడింది.

• హైపర్‌టానిక్ సొల్యూషన్స్ అంటే ఐసోటోనిక్ సొల్యూషన్స్‌కు అవసరమైన దానికంటే ఎక్కువ గాఢతలో ద్రావణాన్ని కలిగి ఉండే ద్రావణాలు. ఉదాహరణలు- 2% w/v సోడియం క్లోరైడ్ ద్రావణం, 10% w/v డెక్స్ట్రోస్ ద్రావణం మొదలైనవి.

• హైపర్‌టానిక్ ద్రావణంలో ఎర్ర రక్త కణాలు సస్పెండ్ చేయబడినప్పుడు, చుట్టుపక్కల ఉన్న ఉప్పు ద్రావణాన్ని పలుచన చేసే ప్రయత్నంలో కణాలలోని నీరు కణ త్వచాల గుండా వెళుతుంది. నీటి యొక్క ఈ బాహ్య మార్గం కణాలు కుంచించుకుపోయేలా చేస్తుంది మరియు ముడతలు పడటం లేదా క్రియేట్ అవుతుంది (క్రెన్యులేషన్)

• హైపోటోనిక్ సొల్యూషన్స్ అంటే ఐసోటానిక్ సొల్యూషన్స్‌కు అవసరమైన దానికంటే తక్కువ గాఢతలో ద్రావణాన్ని కలిగి ఉన్న ద్రావణాలు. ఉదాహరణలు- 0.2% w/v సోడియం క్లోరైడ్ ద్రావణం, 3% w/v డెక్స్ట్రోస్ ద్రావణం మొదలైనవి.

• సోడియం క్లోరైడ్ యొక్క 0.2% w/v ద్రావణంలో ఎర్ర రక్త కణాలు సస్పెండ్ చేయబడినప్పుడు, నీరు రక్త కణాలలోకి ప్రవేశిస్తుంది, తద్వారా అవి ఉబ్బుతాయి మరియు చివరకు హేమోగ్లోబిన్ విడుదలతో పగిలిపోతాయి. ఈ ప్రక్రియను హేమోలిసిస్ అంటారు

టానిసిటీని సర్దుబాటు చేసే పద్ధతులు

• క్లాస్ I పద్ధతులు- సోడియం క్లోరైడ్ లేదా మరేదైనా పదార్ధం ఔషధం యొక్క ద్రావణంలో గడ్డకట్టే బిందువును -0.52 ⁰ Cకి తగ్గించడానికి జోడించబడుతుంది, తద్వారా శరీర ద్రవాలతో ద్రావణాన్ని ఐసోటానిక్‌గా చేస్తుంది.

• క్లాస్ I కింద రెండు పద్ధతులు: క్రయోస్కోపిక్ పద్ధతి మరియు సోడియం క్లోరైడ్ సమానమైన పద్ధతి

• క్లాస్ II పద్ధతులు- ఐసోటోనిక్ ద్రావణాన్ని ఏర్పరచడానికి తగినంత మొత్తంలో నీరు ఔషధానికి జోడించబడుతుంది. ఐసోటోనిక్ లేదా బఫర్డ్ ఐసోటోనిక్ ద్రావణంతో తయారీ దాని చివరి వాల్యూమ్‌కు తీసుకురాబడుతుంది

• క్లాస్ II కింద ఉన్న రెండు పద్ధతులు వైట్-విన్సెంట్ పద్ధతి మరియు స్ప్రోల్స్ పద్ధతి

• క్రయోస్కోపిక్ పద్ధతి- సోడియం క్లోరైడ్ జోడించడం ద్వారా ఘనీభవన బిందువు యొక్క మాంద్యం ఈ పద్ధతిలో ఉంటుంది

• సోడియం క్లోరైడ్ సమానమైన పద్ధతి- ఒక ఔషధానికి సమానమైన టానిక్ లేదా సోడియం క్లోరైడ్ సమానమైన సోడియం క్లోరైడ్ మొత్తం 1g ఔషధానికి సమానం.

• వైట్- విన్సెంట్ పద్ధతి

• స్ప్రోల్స్ పద్ధతి

బఫర్ సమీకరణం- హెండర్సన్- హాసెల్‌బాల్చ్ సమీకరణం

• బఫర్ సమీకరణాన్ని హెండర్సన్-హాసెల్‌బాల్చ్ సమీకరణం అని కూడా అంటారు

• ఉప్పు మరియు ఆమ్లం ఉమ్మడి అయాన్‌ను కలిగి ఉన్నప్పుడు బలహీనమైన ఆమ్లం యొక్క అయనీకరణంపై ఉప్పు ప్రభావం ఆధారంగా బఫర్ సమీకరణం అభివృద్ధి చేయబడింది.

• యాసిడ్ బఫర్, ఎసిటిక్ యాసిడ్ మరియు సోడియం అసిటేట్, బఫర్ సమీకరణాన్ని పొందడం కోసం పరిగణించబడుతుంది

• బలహీన ఆమ్లం (ఎసిటిక్ యాసిడ్) కోసం అయనీకరణ సమతౌల్య సమీకరణం ఇలా చూపబడవచ్చు:

బలహీన ఆమ్లం:

CH ₃ COOH + H ₂ O ß à H ₃ O ⁺ + CH ₃ COO ^- ........కొద్దిగా అయనీకరణం

• లా ఆఫ్ మాస్ యాక్షన్‌ని వర్తింపజేస్తూ, యాసిడ్ డిస్సోసియేషన్ స్థిరాంకం (Ka) ఇలా వ్రాయబడుతుంది:

K _a = [H ₃ O] [CH ₃ COO ^- ] / [CH ₃ COOH] = 1.75X10 ^-5 ...........(1)

• ఎసిటిక్ యాసిడ్‌కు సోడియం అసిటేట్ జోడించబడినప్పుడు, సమీకరణం (1) క్షణికంగా చెదిరిపోతుంది

• ఉప్పు అసిటేట్ అయాన్‌ను కూడా సరఫరా చేస్తుంది కాబట్టి, న్యూమరేటర్‌లో పదం [CH ₃ COO ^- ] పెరుగుతుంది

• స్థిరమైన Kaని పునఃస్థాపించడానికి, న్యూమరేటర్‌లోని [H ₃ O ^- ] తగ్గుతుంది మరియు సమతౌల్యం దిగువ చూపిన దిశలో మార్చబడుతుంది:

CH ₃ COO ^- + H ₃ O ⁺ à H ₂ O + CH ₃ COOH

• సాధారణ అయాన్ [CH ₃ COO ^- ] ఎసిటిక్ యాసిడ్ యొక్క అణచివేత అయనీకరణం మరియు ఇది సాధారణ అయాన్ ప్రభావానికి ఉదాహరణ

• సమీకరణం (1)-ని పునర్వ్యవస్థీకరించడం ద్వారా తుది పరిష్కారం యొక్క pHని పొందవచ్చు-

[H ₃ O ⁺ ]=K _a [CH3COOH] / [CH ₃ COO ^- ] …………...(2)

• యాసిడ్ బలహీనంగా ఉంది మరియు కొద్దిగా అయనీకరణం చెందుతుంది, [CH ₃ COOH] మార్పు లేకుండా ఉండవచ్చు, అందుకే, [CH ₃ COOH] = [యాసిడ్]

• ఉప్పు పూర్తిగా అయనీకరణం చేయబడింది, మొత్తం [CH ₃ COO ^- ] ఉప్పు నుండి నేరుగా పొందవచ్చు మరియు [ఉప్పు] అని వ్రాయబడుతుంది, కాబట్టి, [CH ₃ COO ^- ]=[ఉప్పు]

• సమీకరణం (2)లో [యాసిడ్] మరియు [ఉప్పు] విలువలను ప్రత్యామ్నాయం చేయడం:

[H ₃ O ⁺ ]=K _a [యాసిడ్] / [ఉప్పు] …………………….(3)

• సమీకరణం (3) యొక్క లాగరిథమ్‌లను తీసుకోవడం మరియు సంకేతాలను తిప్పికొట్టడం:

-లాగ్ [H ₃ O]= -లాగ్ కా-లాగ్ [యాసిడ్] + లాగ్ [ఉప్పు]..........(4)

• ప్రత్యామ్నాయం, pH= -log [H3O] మరియు pKa= -log Ka సమీకరణంలో (4):

pH= pKa +log[ఉప్పు] / [యాసిడ్] …………..(5)

• సమీకరణం (5)ని బఫర్ సమీకరణం లేదా యాసిడ్ బఫర్ కోసం హెండర్సన్ హాసెల్‌బాల్చ్ సమీకరణం అంటారు

• బలహీనమైన బేస్ మరియు దాని ఉప్పు కోసం హెండర్సన్-హాసెల్‌బాల్చ్ సమీకరణం అందించబడింది-

pH= pKw - pKb + లాగ్[ 𝐁𝐚𝐬𝐞 ] / [ 𝐒𝐚𝐥𝐭 ] ........(6)

బఫర్ సమీకరణం యొక్క అప్లికేషన్లు

• పేర్కొన్న pH ద్రావణం తయారీకి

• తెలియని పరిష్కారం యొక్క pHని లెక్కించడానికి

• ఔషధ అణువుల అయనీకరణం మరియు సంఘటిత భిన్నం ఆధారంగా ఔషధ శోషణను అంచనా వేయడానికి

• పరిష్కారాల pH ఆధారంగా pKa నిర్ధారణ

• వివిధ ఔషధ పరిష్కారాల pH ఆధారంగా ద్రావణీయత అంచనా

• తగిన ఉప్పు రూపం ఎంపిక

ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్ సిస్టమ్

• ఆప్తాల్మిక్ మరియు పేరెంటరల్ డ్రగ్ డెలివరీ సిస్టమ్స్ సూత్రీకరణలో ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్ సిస్టమ్‌లు ముఖ్యమైనవి

• గిఫోర్డ్ సూచించిన రెండు స్టాక్ సొల్యూషన్‌లు, ఒకటి బోరిక్ యాసిడ్ మరియు మరొకటి మోనోహైడ్రేటెడ్ సోడియం కార్బోనేట్‌ను కలిగి ఉంటుంది, వీటిని వివిధ నిష్పత్తులలో కలిపినప్పుడు, 5 నుండి 9 వరకు pH విలువలతో బఫర్ సొల్యూషన్‌లు లభిస్తాయి.

• సోరెన్సెన్ pH విలువలు 6 నుండి 8 వరకు ఉన్న బఫర్ ద్రావణాల కోసం సోడియం ఫాస్ఫేట్ లవణాల మిశ్రమాన్ని ప్రతిపాదించారు.

• పాలిట్జ్చే సూచించబడిన మరియు హింద్ మరియు గోయన్చే సవరించబడిన బఫర్ వ్యవస్థలో బోరిక్ యాసిడ్, సోడియం బోరేట్ మరియు మిశ్రమాలను ఐసోటోనిక్ చేయడానికి తగినంత సోడియం క్లోరైడ్ ఉంటాయి.

• క్లార్క్-లబ్స్ మిశ్రమాలు మరియు వాటి సంబంధిత pH పరిధులు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి-HCl మరియు KCl, pH 1.2 నుండి 2.2

- HCl మరియు పొటాషియం హైడ్రోజన్ థాలేట్, pH 4.2 నుండి 5.8

• క్లార్క్-లబ్స్ మిశ్రమాలు మరియు వాటి సంబంధిత pH పరిధులు

- NaOH మరియు పొటాషియం హైడ్రోజన్ థాలేట్, pH 2.2 నుండి 4.0

- NaOH మరియు KH2PO4, pH 5.8 నుండి 8.0

- H3BO3, NaOH, మరియు KCl, pH 8.0 నుండి 10.0

ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్ సొల్యూషన్స్ తయారీ

• బఫర్‌ల తయారీలో ఉండే దశల క్రమం క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

- ద్రావణం యొక్క కావలసిన pHకి దాదాపు సమానంగా pKa విలువ కలిగిన బలహీనమైన ఆమ్లాన్ని ఎంచుకోవాలి. ఇది గరిష్ట బఫర్ సామర్థ్యాన్ని నిర్ధారిస్తుంది

- బఫర్ సమీకరణం నుండి, తగిన బఫర్ సామర్థ్యాన్ని పొందేందుకు అవసరమైన ఉప్పు మరియు ఆమ్లాల నిష్పత్తిని లెక్కించాలి. 4 నుండి 10 వరకు ఉన్న pH పరిధికి, బఫర్ సమీకరణం సంతృప్తికరంగా ఉంది

-బఫర్ ఉప్పు మరియు ఆమ్లం (లేదా బేస్) యొక్క వ్యక్తిగత సాంద్రతలు, కావలసిన బఫర్ సామర్థ్యం కోసం నిర్ణయించబడాలి. 0.05 నుండి 0.5 M వరకు ఏకాగ్రత సరిపోతుంది

- 0.01 నుండి 0.1 వరకు బఫర్ సామర్థ్యం సాధారణంగా సరిపోతుంది

- పదార్థాలను కార్బన్ డయాక్సైడ్ లేని నీటిలో కరిగించి, సమతౌల్య స్థితిని నెలకొల్పడానికి కొంత సమయం పాటు ఉంచాలి.

- ద్రావణం యొక్క pH తగిన సాధనం, pH మీటర్ లేదా pH సూచిక కాగితం ద్వారా ధృవీకరించబడాలి

• ప్రాథమిక బఫర్‌ల తయారీకి సంబంధించిన విధానం అలాగే ఉంటుంది

ఫిజియోలాజికల్ (బయోలాజికల్) బఫర్ సిస్టమ్

• మూడు ముఖ్యమైన జీవ బఫర్ వ్యవస్థలు

1. రక్తం

- రక్తం యొక్క pH 7.4 pH వద్ద ప్లాస్మాలోని ప్రాథమిక బఫర్‌లు మరియు ఎర్ర రక్త కణాల్లోని ద్వితీయ బఫర్‌ల ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది.

• ప్లాస్మాలో కార్బోనిక్ ఆమ్లం/బైకార్బోనేట్ మరియు ఫాస్పోరిక్ ఆమ్లం యొక్క ఆమ్లం/క్షార సోడియం లవణాలు బఫర్‌గా ఉంటాయి.

• ఎర్ర రక్త కణాలలో రెండు బఫర్ వ్యవస్థలు హిమోగ్లోబిన్/ఆక్సిహెమోగ్లోబిన్ మరియు ఫాస్పోరిక్ ఆమ్లం యొక్క ఆమ్లం/క్షార పొటాషియం లవణాలు.

• రక్తం యొక్క కార్బోనిక్ ఆమ్లం/బైకార్బోనేట్ బఫర్ కోసం బఫర్ సమీకరణం:

pH=6.1+లాగ్ [HCO ₃ ^- ]/[H ₂ CO ₃ ]

ఇక్కడ [H ₂ CO ₃ ] రక్తంలో కరిగిన H ₂ CO _{3 వలె CO 2} యొక్క సాంద్రతను సూచిస్తుంది .

2. లాక్రిమల్ ఫ్లూయిడ్ లేదా టియర్స్

• కన్నీరు యొక్క pH 7 నుండి 8 లేదా కొంచెం ఎక్కువ పరిధితో 7.4 ఉంటుంది

• లాక్రిమల్ ద్రవాలు బఫర్ సామర్థ్యం యొక్క గొప్ప స్థాయిని కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది, తటస్థ స్వేదనజలంతో 1:15 పలుచన అనుమతిస్తుంది

3. మూత్రం

• సాధారణ పెద్దల మూత్రం సగటున 6 యూనిట్ల pHని కలిగి ఉంటుంది

• ఇది 4.5 కంటే తక్కువగా లేదా 7.8 కంటే ఎక్కువగా ఉండవచ్చు

• మూత్రం యొక్క pH సాధారణ విలువల కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, హైడ్రోజన్ అయాన్లు మూత్రపిండాల ద్వారా విసర్జించబడతాయి

• మూత్రం pH 7.4 కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, pHని దాని సాధారణ విలువలకు తిరిగి తీసుకురావడానికి మూత్రపిండాల చర్య ద్వారా హైడ్రోజన్ అయాన్లు అలాగే ఉంచబడతాయి.

సారాంశం

• pH- హైడ్రోనియం అయాన్ గాఢత యొక్క నెగటివ్ లాగరిథమిక్ విలువ

• pH స్కేల్- సోరెన్సెన్ చేత రూపొందించబడింది, రసాయన పదార్ధం యొక్క ఆమ్లత్వం మరియు ప్రాథమికతను నిర్ణయించడంలో సహాయపడుతుంది

• బఫర్‌లు- ఇవి pHలో మార్పును నిరోధించే సమ్మేళనాల మిశ్రమం

• బఫర్ సొల్యూషన్స్ తయారీలో రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సమ్మేళనాల కలయిక ఉపయోగించబడుతుంది

• బఫర్ ద్రావణంలో కలయిక బలహీనమైన ఆమ్లం మరియు దాని సంయోగం బేస్ లేదా బలహీనమైన ఆధారం మరియు దాని సంయోగ ఆమ్లం

• బఫర్ వ్యవస్థలుగా ఔషధానికి విలక్షణమైన ఉదాహరణ- ఎఫెడ్రిన్ / ఎఫెడ్రిన్ హైడ్రోక్లోరైడ్ మరియు సాలిసిలిక్ యాసిడ్ మరియు సోడియం సాలిసిలేట్

• బఫర్ చర్య మరియు దాని మెకానిజం- pHలో మార్పును బఫర్‌లు నిరోధించే చర్య. ఇది సాధారణ అయాన్ ప్రభావంతో పనిచేస్తుంది

• బఫర్ సామర్థ్యం- బఫర్ చర్య యొక్క తీవ్రత బఫర్ సామర్థ్యం

• బఫర్ సామర్థ్యం, ​​pH మరియు కణజాల చికాకు-తక్కువ బఫర్ సామర్థ్యం మరియు శారీరక pH కణజాల చికాకును తగ్గిస్తుంది

• ఐసోటోనిక్ సొల్యూషన్స్- శరీర ద్రవాల మాదిరిగానే టానిసిటీని కలిగి ఉండే సొల్యూషన్స్

• పారాటోనిక్ సొల్యూషన్స్- శరీర ద్రవాల కంటే ఎక్కువ టానిసిటీ (హైపర్‌టానిక్ లేదా హైపోటోనిక్) ఉన్న సొల్యూషన్స్

• టానిసిటీ యొక్క సర్దుబాటు పద్ధతులు- వివిధ పద్ధతులు క్రిస్కోపిక్ పద్ధతి, సోడియం క్లోరైడ్ సమానమైన పద్ధతి, వైట్ విన్సెంట్ మరియు స్ప్రోల్స్ పద్ధతి

• బఫర్ సమీకరణం - హెండర్సన్-హాసెల్‌బాల్చ్ ద్వారా వివరించబడింది మరియు దీని ద్వారా ఇవ్వబడింది:

pH= pKa +log[యాసిడ్] / [ఉప్పు] …………..(బలహీనమైన ఆమ్లం)

pH= pKw- pKb + లాగ్ [ 𝐁𝐚𝐬𝐞 ] / [ 𝐒𝐚𝐥𝐭 ] …………..(బలహీనమైన బేస్)

• వివిధ ఔషధ తయారీ తయారీ మరియు స్థిరీకరణ కోసం బఫర్ సమీకరణాలు ఉపయోగించబడతాయి

• ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్ సిస్టమ్- వివిధ శాస్త్రవేత్తలు ప్రతిపాదించిన విభిన్న బఫర్ సిస్టమ్‌లను ల్యాబ్ స్కేల్‌లో తయారు చేయవచ్చు

• ఫార్మాస్యూటికల్‌బఫర్ సిస్టమ్‌ల యొక్క సాధారణ ఉదాహరణలు: NaOH మరియు పొటాషియం హైడ్రోజన్ థాలేట్, pH 2.2 నుండి 4.0

- NaOH మరియు KH2PO4, pH 5.8 నుండి 8.0

-H3BO3, NaOH, మరియు KCl, pH 8.0 నుండి 10.0

• ఫార్మాస్యూటికల్ బఫర్ తయారీ విధానం- బఫర్ సిస్టమ్ తయారీకి తగిన బలహీనమైన ఆమ్లం లేదా బలహీనమైన ఆధారాన్ని ఎంచుకోవడం ద్వారా దశల వారీగా వివిధ పద్ధతులు అనుసరించబడతాయి.

• బయోలాజికల్ బఫర్ సిస్టమ్స్ - వివిధ బయోలాజికల్ బఫర్ సిస్టమ్స్:

- రక్తం

- లాక్రిమల్ ద్రవం

- మూత్రం