この計算ツールでできること
緩衝液（バッファー）は、弱酸（HA）とその共役塩基（A⁻）が平衡状態で共存しているため、pHの変化に対して抵抗する性質を持ちます。本ツールは、希望するpH・全体濃度・調製量を指定すると、それぞれの成分をどれだけ混ぜればよいかを正確に教えてくれます。酢酸、リン酸、Tris、炭酸、クエン酸など、関係するpKaがわかっていれば、あらゆる共役酸塩基対に対応します。
計算式の解説
ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式は \( \text{pH} = \text{pKa} + \log_{10}\left(\frac{[A^-]}{[HA]}\right) \) で表されます。これを比率について解くと、$$ r = \frac{[A^-]}{[HA]} = 10^{\,\text{pH} - \text{pKa}} $$ となります。rが求まれば、全体の緩衝液濃度Cを、共役塩基の割合が \( \frac{r}{1+r} \)、酸の割合が \( \frac{1}{1+r} \) となるように配分します。それぞれの濃度に調製量Vを掛けることで、秤量またはピペットで取るべきモル数が得られます。
使い方
目標pH、弱酸のpKa、目指す緩衝液の全モル濃度、そして調製したい体積を入力してください。本ツールは、\( \frac{[A^-]}{[HA]} \) の比率、各成分の濃度、必要モル数、そして各成分が緩衝液全体に占める割合（%）を返します。良好な緩衝能を得るには、目標pHから約±1 pH単位以内のpKaを選ぶのがポイントです。
計算例
たとえば、\( \text{pKa} = 7.21 \) を用いて、pH 7.4・0.1 M のリン酸緩衝液を 1 L 調製したいとします。$$ r = 10^{\,7.4 - 7.21} = 10^{0.19} \approx 1.549 $$ となります。塩基の割合は \( \frac{1.549}{2.549} \approx 0.6077 \) なので、\( [A^-] \approx 0.0608 \ \text{M} \)（0.0608 mol）、\( [HA] \approx 0.0392 \ \text{M} \)（0.0392 mol）です。これらの量を一緒に溶かし、最後に 1 L までメスアップします。
よくある質問
多塩基酸ではどのpKaを使えばよいですか？ 目標pHに最も近いpKaを使用します。pH 7付近のリン酸なら \( \text{pKa}_2 \approx 7.21 \) を用います。
イオン強度は考慮されますか？ いいえ。本ツールは理想的なヘンダーソン・ハッセルバルヒの挙動に基づいています。精密な実験では、校正済みのpHメーターで確認し、調整してください。
モルではなくグラムで使えますか？ 出力されたモル数に各塩のモル質量を掛ければ、秤量すべきグラム数が得られます。
