Buffertdefinition i kemi och biologi

EN buffert är en lösning som innehåller antingen en svag syra och dess salt eller en svag bas och dess salt, som är resistent mot förändringar i pH. Med andra ord är en buffert en vattenhaltig lösning av antingen en svag syra och dess konjugatbas eller en svag bas och dess konjugatsyra. En buffert kan också kallas en pH-buffert, vätejonbuffert eller buffertlösning.

Buffertar används för att upprätthålla ett stabilt pH i en lösning, eftersom de kan neutralisera små mängder ytterligare syra av basen. För en given buffertlösning finns det ett fungerande pH-intervall och en fast mängd syra eller bas som kan neutraliseras innan pH kommer att förändras. Mängden syra eller bas som kan sättas till en buffert innan pH-värdet ändras kallas dess buffertkapacitet. 

Henderson-Hasselbalch-ekvationen kan användas för att mäta det ungefärliga pH-värdet för en buffert. För att använda ekvationen matas den initiala koncentrationen eller den stökiometriska koncentrationen i stället för jämviktskoncentrationen.

Den allmänna formen för en kemisk buffertreaktion är:

HA ⇌ H⁺ + EN^-

Exempel på buffertar

• blod - innehåller ett bikarbonatbuffersystem
• TRIS-buffert
• Fosfatbuffert

Som nämnts är buffertar användbara över specifika pH-intervall. Här är exempelvis pH-intervallet för vanliga buffertmedel:

Buffert	pKa	pH-område
citronsyra	3,13, 4,76, 6,40	2,1 till 7,4
ättiksyra	4,8	3,8 till 5,8
KH2PO4	7,2	6,2 till 8,2
borat	9,24	8,25 till 10,25
CHES	9,3	8,3 till 10,3

När en buffertlösning framställs justeras lösningens pH för att få det inom rätt effektiva intervall. Typiskt tillsätts en stark syra, såsom saltsyra (HCl) för att sänka pH hos sura buffertar. En stark bas, såsom natriumhydroxidlösning (NaOH), tillsätts för att höja pH i alkaliska buffertar.

Hur buffertar fungerar

För att förstå hur en buffert fungerar, överväga exemplet på en buffertlösning som gjorts genom att lösa natriumacetat i ättiksyra. Ättiksyra är (som du kan säga från namnet) en syra: CH₃COOH, medan natriumacetatet dissocieras i lösning för att ge konjugatbasen, acetatjoner av CH₃KUTTRA^-. Ekvationen för reaktionen är:

CH₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃KUTTRA^-(aq) + H₂O (aq)

Om en stark syra sätts till denna lösning neutraliserar acetatjonen den:

CH₃KUTTRA^-(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (aq)

Detta förskjuter jämvikten i den initiala buffertreaktionen och håller pH stabilt. En stark bas, å andra sidan, skulle reagera med ättiksyra.

Universal buffertar

De flesta buffertar arbetar över ett relativt smalt pH-intervall. Ett undantag är citronsyra eftersom den har tre pKa-värden. När en förening har flera pKa-värden blir ett större pH-område tillgängligt för en buffert. Det är också möjligt att kombinera buffertar, förutsatt att deras pKa-värden är nära (avviker med 2 eller mindre) och justerar pH med stark bas eller syra för att nå det önskade intervallet. Till exempel framställs McIvaines buffert genom att kombinera blandningar av Na₂PO₄ och citronsyra. Beroende på förhållandet mellan föreningarna kan bufferten vara effektiv från pH 3,0 till 8,0. En blandning av citronsyra, borsyra, monopotassiumfosfat och dietyl barbituinsyra kan täcka pH-intervallet från 2,6 till 12!