1. Principes

1.1 Définitions

Une solution tampon de pH est une solution aqueuse qui maintient à très peu près le pH malgré l'addition de petites quantités d'un acide fort ou d'une base forte, ou malgré une dilution. Les tampons pH sont des mélanges d'acide(s) faible(s) avec leurs base(s) conjuguées.

principe tampon pouvoir tampon

Le pouvoir tampon (β) à l'ajout d'acide fort ou de base forte est défini par :

- Pouvoir tampon à l'acidification, soit Ca la concentration en acide fort (H+) ajoutée : \( \beta = \left | {\frac{dC_a}{dpH}} \right | \)

- Pouvoir tampon à l'alcalinisation, soit Cb la concentration en base forte (OH-) ajoutée : \( \beta = \left | {\frac{dC_b}{dpH}} \right | \)


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1.2 Solutions tampon et pKa du couple acide base du tampon

Le principe de réalisation d'un tampon est celui d'un mélange acide (AH) base conjuguée (B-) pas trop loin des conditions où [AH]=[ B-]. La réaction équilibrée AH + H2O <--> B-+ H3O+, va être déplacée par ajout de base forte, ou par ajout d'acide fort et va ainsi tamponner les ajouts. Le même équilibre va tamponner les effets de dilution.

On a les relations fondamentales qui suivent :

"L'idée" du tampon pH est celle ci :

On montre que (et il faut le retenir) le pouvoir tampon d'un couple acide base est à son optimum à un pH égal au pKa du couple (c'est à dire quand [AH]=[ B-]. Il augmente avec la concentration totale du couple acide base.

force du tampon et pH et pK

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1.3 Effets de la température et de la force ionique

Soit un tampon réalisé avec un mélange acide (AH) base conjuguée (B-) pas trop loin des conditions où [AH]=[ B-]. On a la relation fondamentale \( pH = pK_{\text{a}} + \log {\frac {[B^{-}]}{[AH]}} \) .

Les pKa étant, a priori, influencés par la température et la force ionique, le pH d'un tampon est impacté par les changements de température et de force ionique. Conclusion : si on prépare un tampon à 20°C, son pH a de grandes chances de ne pas être le même à 37°C qui pourrait, par exemple être la température d'utilisation. Le pH de la même solution à laquelle on aura rajouté une forte concentration en NaCl par exemple sera impacté.

L'impact de la température sur le pH d'un tampon dépend de la nature du couple acide/base responsable de l'effet tampon. Cet impact est très variable. Ainsi, pour un tampon phosphate vers pH 7, l'impact est de - 0,003 par °C, autant dire quasi négligeable aux températures de la biologie. En revanche, pour un tampon Tris l'impact est de - 0,03 par °C. Ainsi entre 15° et 40°C, le pH est diminué de 0,7 de pH ! Il est donc important de se renseigner.

A 20°C, le pK du Tris dans un tampon de concentration 0,1 mol/L et de pH 8,0 est de 8,11. Si on rajoute du NaCl vers 500mM, le pK va dépasser 8,22...


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