摘要：缓冲液在电泳过程中的一个作用是维持合适的pH.一个好的缓冲系统应有较强的缓冲能力,是溶液两极的pH保持基本不变.
缓冲液在电泳过程中的一个作用是维持合适的pH.电泳时正极与负极都会发生电解反应,正极发生的是氧化反应(4OH--4e->2H2O+O2),负极发生的是还原反应(4H++4e->2H2),长时间的电泳将使正极变酸,负极变碱.一个好的缓冲系统应有较强的缓冲能力,是溶液两极的pH保持基本不变.
电泳缓冲液的另一个作用是使溶液具有一定的导电性,以利于DNA的迁移,例如,一般电泳缓冲液中应含有0.01-0.04mol/L的Na+离子,Na+离子的浓度太低时电泳速度变慢;太高时就会造成过大的电流使胶发热甚至熔化.
电泳缓冲液还有一个组分是EDTA,加入浓度为1-2mmol/L,目的是螯合Mg2+ 等离子,防止电泳时激活DNA酶,此外还可防止Mg2+离子与核酸生成沉淀.
TAE是使用最广泛的缓冲系统.其特点是超螺旋在其中电泳时更符合实际相对质量(TBE中电泳时测出的相对质量会大于实际质量),且双链线状DNA在其中的迁移率较其他两种缓冲液快约10%,电泳大于13kb的片段时用TAE缓冲液将取得更好的分离效果,此外,回收DNA片段时也易用TAE缓冲系统进行电泳.TAE的缺点是缓冲容量小,长时间电泳(如过夜)不可选用,除非有循环装置使两极的缓冲液得到交换.
TBE的特点是缓冲能力强,长时间电泳时可选用TBE,并且当用于电泳小于1kb的片段时分离效果更好.TBE用于琼脂糖凝胶时易造成高电渗作用,并且因与琼脂糖相互作用生成非共价结合的四羟基硼酸盐复合物而使DNA片段的回收率降低,所以不宜在回收电泳中使用.
TPE的缓冲能力也较强,但由于磷酸盐易在乙醇沉淀过程中析出,所以也不宜在回收DNA片段的电泳中使用.
当往某些溶液中加入一定量的酸和碱时,有阻碍溶液pH变化的作用,称为缓冲作用,这样的溶液叫做缓冲溶液.弱酸及其盐的混合溶液(如HAc与NaAc),弱碱及其盐的混合溶液(如NH3·H2O与NH4Cl)等都是缓冲溶液.
由弱酸HA及其盐NaA所组成的缓冲溶液对酸的缓冲作用,是由于溶液中存在足够量的碱A-的缘故.当向这种溶液中加入一定量的强酸时,H 离子基本上被A-离子消耗:
所以溶液的pH值几乎不变;当加入一定量强碱时,溶液中存在的弱酸HA消耗OH-离子而阻碍pH的变化.
在缓冲溶液中加入少量强酸或强碱,其溶液pH值变化不大,但若加入酸,碱的量多时,缓冲溶液就失去了它的缓冲作用.这说明它的缓冲能力是有一定限度的.
组成缓冲溶液的两组分的比值不为1∶1时,缓冲作用减小,缓冲能力降低,当c(盐)/c(酸)为1∶1时△pH最小,缓冲能力大.不论对于酸或碱都有较大的缓冲作用.缓冲溶液的pH值可用下式计算:
此时缓冲能力大.缓冲组分的比值离1∶1愈远,缓冲能力愈小,甚至不能起缓冲作用.对于任何缓冲体系,存在有效缓冲范围,这个范围大致在pKaφ(或pKbφ)两侧各一个pH单位之内.
为了配制一定pH的缓冲溶液,首先选定一个弱酸,它的pKaφ尽可能接近所需配制的缓冲溶液的pH值,然后计算酸与碱的浓度比,根据此浓度比便可配制所需缓冲溶液.
以上主要以弱酸及其盐组成的缓冲溶液为例说明它的作用原理、pH计算和配制方法.对于弱碱及其盐组成的缓冲溶液可采用相同的方法.
白色磷酸铵镁沉淀溶于酸,故反应需在碱性溶液中进行,但碱性太强,可能生成白色Mg(OH)2沉淀,所以反应的pH值需控制在一定范围内,因此利用NH3·H2O和NH4Cl组成的缓冲溶液,保持溶液的pH值条件下,进行上述反应.
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