Os tampões são sistemas aquosos que resistem a mudanças no pH quando pequenas quantidades de ácido ou base são adicionadas e são compostos por um ácido fraco e sua base conjugada. Um tampão mantém o pH de uma solução constante absorvendo prótons que são liberados durante as reações ou liberando prótons quando são consumidos por reações. A descoberta de que soluções parcialmente neutralizadas de ácidos ou bases fracas são resistentes a mudanças no pH, quando pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes são adicionadas, levou ao conceito de 'tampão'.

Uma base conjugada é um ácido que perdeu um próton.
HA H⁺ + A  ↔  ^-
Próton ácido  ↔  + base conjugada

Um ácido conjugado é uma base que ganhou um próton.
A + H ⁺  ↔  H ⁺ A
Base + ácido conjugado de prótons  ↔  

Um equilíbrio entre a forma dissociada e não dissociada é estabelecido.
Por exemplo, o ácido acético fraco se dissocia parcialmente na água produzindo um íon acetato:
CH₃COOH  ↔  H⁺ + CH₃COO^-
O ácido acético não dissociado, os íons de hidrogênio e o íon dissociado existem em equilíbrio em solução.

O acetato de sódio também se dissocia em água para produzir o mesmo íon acetato:
CH₃COONa  ↔  Na⁺ + CH₃COO^-
O acetato de sódio não dissociado e os íons de sódio e acetato existem em equilíbrio em solução.

Uma solução aquosa de uma mistura de ácido acético e acetato de sódio pode, portanto, absorver íons H⁺ da adição de um ácido através da combinação dos íons de hidrogênio com a base de acetato para produzir ácido acético. Além disso, quando ^{os íons OH}- são introduzidos na solução através da adição de um álcali, eles se combinam com moléculas ácidas (H⁺) para produzir água. Desta forma, à medida que o sistema tenta restaurar o equilíbrio, a solução resiste a mudanças no valor do pH. É assim que funciona uma solução tampão.

O que acontece depois de adicionar ácido ao tampão?

Quando algum ácido forte (mais H+) é adicionado a uma mistura de equilíbrio do ácido fraco e sua base conjugada, o equilíbrio é deslocado para a esquerda, de acordo com o princípio de Le Chatelier.

O que acontece depois de adicionar uma base ao buffer?

Da mesma forma, se uma base forte for adicionada à mistura, a concentração de íons de hidrogênio diminui menos do que a quantidade esperada para a quantidade de base adicionada. Isso ocorre porque a reação se desloca para a direita para acomodar a perda de H ⁺ na reação com a base.

As soluções tampão que consistem em um ácido fraco e sua base conjugada são conhecidas como tampões ácidos e têm um pH < 7. Um tampão feito com ácido acético (ácido fraco) e acetato de sódio (base conjugada) é um tampão ácido e tem um pH de cerca de 4,75.
As soluções tampão constituídas por uma base fraca e seu ácido conjugado são conhecidas como tampões alcalinos e têm um pH > 7. Um exemplo de tampão alcalino é uma solução aquosa de hidróxido de amônio (base fraca) e cloreto de amônio (ácido conjugado) que tem um pH de 9,25.

As soluções tampão funcionam melhor quando seu pH é semelhante ao do sistema ou solução que está sendo investigado. No estudo das enzimas na biologia humana, é necessário um sistema que corresponda ao pH do sangue, ou seja, 7,35 a 7,45, caso contrário, as enzimas não funcionarão corretamente. Se o sistema tampão tiver um pH fora da faixa desejada, isso também afetará negativamente as análises.

Portanto, é necessário ser capaz de preparar soluções tampão de um pH específico e isso pode ser feito de diferentes maneiras:

• Ajuste de pH
  O ácido ou base cristalina é primeiro dissolvido em um volume de água equivalente a cerca de 60-70% do volume final necessário de solução tampão. O pH é testado e depois ajustado. Se um ácido cristalino for usado, o pH é ajustado usando uma base que não gerará íons que possam interferir no sistema sob investigação. Se uma base cristalina for usada, o pH é ajustado usando um ácido adequado. Uma vez atingido o pH desejado, o volume da solução tampão pode ser completado com água para obter o volume necessário.
  
  
• Mistura de soluções ácidas e básicas
  Neste método, uma solução do ácido ou base é misturada com uma solução do sal associado. As concentrações das soluções-fonte devem ser as mesmas que a solução-tampão necessária. As soluções podem ser misturadas em proporções variadas para obter diferentes valores de pH na solução tampão final. Alternativamente, o pH pode ser monitorado enquanto se adiciona uma solução à outra.
  
  
• Usando a equação de Henderson-Hasselbach
  A equação de Henderson-Hasselbach pode ser usada para estimar o pH de uma solução tampão usando a constante de dissociação, pK_a. Quando um ácido fraco (HA) está em solução e a dissociação em íons de hidrogênio (H⁺) e sua base conjugada (A^-) está em equilíbrio, a constante de dissociação é uma medida da força do ácido neste ponto de equilíbrio. A equação de Henderson-Hasselbach é a seguinte: 



Onde: pKa é a constante de dissociação do ácido fraco
[A-] é a concentração da base conjugada em equilíbrio
[HA] é a concentração do ácido em equilíbrio

No caso em que a concentração em equilíbrio da base conjugada e do ácido são iguais, o pH torna-se igual à constante de dissociação. Neste ponto, a solução de buffer fornece a capacidade máxima de buffer.
A equação de Henderson-Hasselbach também é usada para determinar a constante de dissociação de ácidos fracos por meio da medição direta do pH

As soluções tampão universais consistem em uma combinação de vários pares ácido-base. Isso permite que os tampões universais mantenham o valor de pH de uma solução em uma faixa mais ampla e, portanto, podem ser usados em muitas outras aplicações.

• Criar um SOP de preparação de buffer
  É uma boa ideia documentar o processo de preparação do buffer e certificar-se de que todos sigam o mesmo procedimento para garantir consistência e reprodutibilidade. O SOP deve incluir detalhes dos materiais usados e as etapas precisas de quando e como adicionar os componentes e medir o pH. O SOP também pode incluir muitos dos pontos mencionados abaixo.
  
  
• Use roupas de proteção
  Devem ser usados equipamentos de proteção individual (EPI) adequados, por exemplo, óculos e roupas de proteção, especialmente ao trabalhar com ácidos ou bases fortes.
  
  
• Verifique se há contaminação microbiana (especialmente em aplicações biológicas)
  Antes de usar qualquer tampão, verifique se há contaminação microbiana no recipiente. As soluções tampão com pH próximo ao neutro são particularmente suscetíveis à contaminação. Você pode ver alguma turvação na solução ou contaminantes que se depositaram no fundo.
  
  
• Use seu medidor de pH corretamente
  Seu medidor de pH deve ser calibrado e mantido regularmente para garantir medições precisas de pH. O eletrodo deve ser devidamente preparado antes do uso e uma solução tampão suficiente deve ser usada para garantir que a junção do eletrodo esteja corretamente submersa. Certifique-se de esperar por um valor de pH estável antes de fazer a leitura e enxágue o eletrodo com água destilada depois. Certifique-se de usar seu medidor de pH à temperatura ambiente ou use um eletrodo com sonda de temperatura integrada.
  
  
• Esteja ciente da temperatura
  A quantidade de dissociação pode variar com a temperatura. Sua solução tampão deve, portanto, ser preparada na mesma temperatura em que você realizará suas análises. Certifique-se também de que a temperatura na qual você calibra o eletrodo seja a mesma que a temperatura na qual você mede.
  
  
• Esteja ciente da concentração
  É prática comum diluir as soluções tampão de estoque até a concentração necessária para uso em análises. No entanto, alterar a concentração pode afetar a quantidade de dissociação. Como o pH é uma medida de íons de hidrogênio (H⁺), uma mudança na dissociação pode causar uma mudança no pH. Após a diluição, o pH deve ser verificado novamente antes de usar o tampão.