이 계산기는?
완충 용액(Buffer Solution)은 산이나 염기를 첨가해도 pH가 크게 변하지 않는 용액을 말하며, 생화학 실험에서 단백질이나 세포의 안정성을 유지하는 데 필수적입니다.
이 계산기는 헨더슨-하셀바흐(Henderson-Hasselbalch) 방정식을 이용하여 약산(Acid)과 짝염기(Base)의 비율을 조절함으로써 원하는 pH의 완충 용액을 만드는 방법을 알려줍니다.
헨더슨-하셀바흐 방정식
pH = pKa + log([Base] / [Acid])
- pH: 만들고자 하는 완충 용액의 pH
- pKa: 사용하는 산의 해리 상수 (산의 강도)
- [Base]: 짝염기의 농도
- [Acid]: 약산의 농도
이 식을 변형하여 [Base]/[Acid] 비율을 구하고, 이를 전체 몰 농도와 결합하여 각 성분의 농도를 계산합니다.
사용 공식:
pka + log10(base / acid)입력 변수 설명
pKa 값
버퍼로 사용할 약산의 pKa입니다. 만들고자 하는 pH와 pKa가 ±1 이내인 물질을 선택해야 좋은 버퍼 능력을 가집니다.
짝염기 농도 ([A⁻]) (Base Conc.)
수소 이온을 잃은 형태의 몰 농도입니다. 예: Acetate, Citrate 등.
약산 농도 ([HA]) (Acid Conc.)
수소 이온을 가지고 있는 형태의 몰 농도입니다. 예: Acetic Acid, Citric Acid 등.
활용 예시
- Acetate Buffer (pKa 4.76): Acetic acid와 Sodium acetate를 1:1로 섞으면 pH는 4.76이 됩니다.
- Phosphate Buffer (pKa 7.2): 혈액 pH(7.4)와 유사한 환경을 만들 때 자주 사용됩니다.
💡 팁: 실제로 버퍼를 만들 때는 계산된 비율대로 섞은 후, pH 미터기를 보며 HCl이나 NaOH로 미세 조정(Titration)하는 것이 가장 정확합니다. 이론 값은 이온 강도나 온도에 따라 실제와 약간 다를 수 있습니다.
⚠️ 주의사항
- 온도 보정 필수: Tris 버퍼 등은 온도에 따라 pH가 크게 변합니다(예: 25°C pH 7.5 → 4°C pH 8.1). 사용할 온도에서 pH를 맞추세요.
- CO2 흡수: 알칼리성 버퍼는 공기 중 이산화탄소를 흡수하여 pH가 낮아질 수 있으니 밀봉 보관하세요.
💡 자주 묻는 질문
Q버퍼 용량(Buffer Capacity)이 뭐죠?
A
외부에서 산이나 염기가 들어왔을 때 pH 변화를 견디는 능력입니다. 농도가 높을수록, 그리고 pH가 pKa에 가까울수록 버퍼 용량이 커집니다.
Q왜 pKa ± 1 범위에서 사용하라고 하나요?
A
로그 함수 그래프의 특성상 이 범위를 벗어나면 산/염기 비율이 급격하게 변하여 완충 능력이 현저히 떨어지기 때문입니다.
Q희석하면 버퍼의 pH가 변하나요?
A
이론적으로는 비율([A-]/[HA])이 유지되므로 pH는 변하지 않아야 합니다. 하지만 실제로는 이온 강도가 바뀌면서 활동도 계수가 변해 pH가 약간 변할 수 있습니다.
왜 이 계산기가 필요한가요?
복잡한 수식을 직접 계산하는 것은 시간이 걸리고 실수가 발생하기 쉽습니다. LabMate의 결정론적 엔진은 검증된 알고리즘을 통해 0.0000000001의 오차도 없는 정확한 결과를 보장합니다.