Los tampones son sistemas acuosos que resisten los cambios de pH cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o base y están compuestos por un ácido débil y su base conjugada. Un tampón mantiene constante el pH de una solución absorbiendo protones que se liberan durante las reacciones o liberando protones cuando son consumidos por las reacciones. El descubrimiento de que las soluciones parcialmente neutralizadas de ácidos o bases débiles son resistentes a los cambios en el pH, cuando se añaden pequeñas cantidades de ácidos o bases fuertes, condujo al concepto de "tampón".

Una base conjugada es un ácido que ha perdido un protón.
HA  ↔  H⁺ + A^-
Protón ácido  ↔  + base conjugada

Un ácido conjugado es una base que ha ganado un protón.
A + H ⁺  ↔  H ⁺ A
Base + ácido conjugado de protones  ↔  

Se establece un equilibrio entre la forma disociada y la no disociada.
Por ejemplo, el ácido acético débil se disocia parcialmente en el agua produciendo un ion acetato:
CH₃COOH  ↔  H⁺ + CH₃COO^-
El ácido acético no disociado, los iones de hidrógeno y el ion disociado existen en equilibrio en solución.

El acetato de sodio también se disocia en el agua para producir el mismo ion acetato:
CH₃COONa  ↔  Na⁺ + CH₃COO^-
El acetato de sodio no disociado y los iones de sodio y acetato existen en equilibrio en solución.

Por lo tanto, una solución acuosa de una mezcla de ácido acético y acetato de sodio puede absorber iones H⁺ de la adición de un ácido mediante la combinación de los iones de hidrógeno con la base de acetato para producir ácido acético. Además, cuando los iones OH^- se introducen en la solución mediante la adición de un álcali, se combinan con moléculas ácidas (H⁺) para producir agua. De esta manera, a medida que el sistema intenta restablecer el equilibrio, la solución resiste los cambios en el valor del pH. Así es como funciona una solución tampón.

¿Qué sucede después de agregar ácido al tampón?

Cuando se añade un poco de ácido fuerte (más H+) a una mezcla de equilibrio del ácido débil y su base conjugada, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, de acuerdo con el principio de Le Chatelier.

¿Qué sucede después de agregar una base al búfer?

De manera similar, si se agrega una base fuerte a la mezcla, la concentración de iones de hidrógeno disminuye menos de la cantidad esperada para la cantidad de base agregada. Esto se debe a que la reacción se desplaza hacia la derecha para adaptarse a la pérdida de H⁺ en la reacción con la base.

Las soluciones tampón que consisten en un ácido débil y su base conjugada se conocen como tampones ácidos y tienen un pH < 7. Un tampón hecho con ácido acético (ácido débil) y acetato de sodio (base conjugada) es un tampón ácido y tiene un pH de alrededor de 4,75.
Las soluciones tampón que consisten en una base débil y su ácido conjugado se conocen como tampones alcalinos y tienen un pH > 7. Un ejemplo de tampón alcalino es una solución acuosa de hidróxido de amonio (base débil) y cloruro de amonio (ácido conjugado) que tiene un pH de 9,25.

Las soluciones tampón funcionan mejor cuando su pH es similar al del sistema o solución que se está investigando. En el estudio de las enzimas en la biología humana, se requiere un sistema que coincida con el pH de la sangre, es decir, de 7,35 a 7,45, de lo contrario, las enzimas no funcionarán correctamente. Si el sistema tampón tiene un pH fuera del rango deseado, esto también tendrá un impacto negativo en los análisis.

Por lo tanto, es necesario poder preparar soluciones tampón de un pH específico y esto se puede hacer de diferentes maneras:

• Ajuste del pH
  El ácido o base cristalina se disuelve primero en un volumen de agua que equivale a alrededor del 60-70% del volumen final requerido de solución tampón. El pH se prueba y luego se ajusta. Si se utiliza un ácido cristalino, el pH se ajusta utilizando una base que no generará iones que puedan interferir con el sistema bajo investigación. Si se utiliza una base cristalina, el pH se ajusta utilizando un ácido adecuado. Una vez alcanzado el pH deseado, el volumen de la solución tampón se puede rellenar con agua para obtener el volumen requerido.
  
  
• Mezcla de soluciones ácidas y básicas
  En este método, se mezcla una solución del ácido o base con una solución de la sal asociada. Las concentraciones de las soluciones de origen deben ser las mismas que las de la solución tampón requerida. Las soluciones se pueden mezclar en diferentes proporciones para lograr diferentes valores de pH en la solución tampón final. Alternativamente, se puede controlar el pH mientras se agrega una solución a la otra.
  
  
• Usando la ecuación de Henderson-Hasselbach
  La ecuación de Henderson-Hasselbach se puede utilizar para estimar el pH de una solución tampón utilizando la constante de disociación, pK_a. Cuando un ácido débil (HA) está en solución y la disociación en iones de hidrógeno (H⁺) y su base conjugada (A^-) está en equilibrio, la constante de disociación es una medida de la fuerza del ácido en este punto de equilibrio. La ecuación de Henderson-Hasselbach es la siguiente: 



Donde: pKa es la constante de disociación del ácido débil
[A-] es la concentración de la base conjugada en equilibrio
[HA] es la concentración del ácido en equilibrio

En el caso de que la concentración en equilibrio de la base conjugada y el ácido sea la misma, el pH se iguala a la constante de disociación. En este punto, la solución de almacenamiento intermedio proporciona la máxima capacidad de almacenamiento en búfer.
La ecuación de Henderson-Hasselbach también se utiliza para determinar la constante de disociación de los ácidos débiles mediante la medición directa del pH

Las soluciones tampón universales consisten en una combinación de varios pares ácido-base. Esto permite que los tampones universales mantengan el valor de pH de una solución en un rango más amplio y, por lo tanto, se pueden utilizar en muchas más aplicaciones.

• Creación de un SOP de preparación de búfer
  Es una buena idea documentar el proceso de preparación del tampón y asegurarse de que todos sigan el mismo procedimiento para garantizar la coherencia y la reproducibilidad. El POE debe incluir detalles de los materiales utilizados y los pasos precisos de cuándo y cómo agregar los componentes y medir el pH. El POE también puede incluir muchos de los puntos que se mencionan a continuación.
  
  
• Use ropa protectora
  Se debe usar equipo de protección personal (EPP) adecuado, por ejemplo, gafas y ropa protectora, especialmente cuando se trabaja con ácidos o bases fuertes.
  
  
• Comprobar si hay contaminación microbiana (especialmente en aplicaciones biológicas)
  Antes de usar cualquier tampón, revise el recipiente en busca de contaminación microbiana. Las soluciones tampón con un pH cercano al neutro son especialmente susceptibles a la contaminación. Es posible que vea algo de turbidez en la solución o contaminantes que se han depositado en el fondo.
  
  
• Use su medidor de pH correctamente
  Su medidor de pH debe calibrarse y mantenerse regularmente para garantizar mediciones de pH precisas. El electrodo debe prepararse adecuadamente antes de su uso y se debe usar suficiente solución tampón para garantizar que la unión del electrodo esté correctamente sumergida. Asegúrese de esperar un valor de pH estable antes de tomar la lectura y enjuague el electrodo con agua destilada después. Asegúrese de usar su medidor de pH a temperatura ambiente o use un electrodo con sonda de temperatura integrada.
  
  
• Tenga en cuenta la temperatura
  La cantidad de disociación puede variar con la temperatura. Por lo tanto, su solución tampón debe prepararse a la misma temperatura a la que realizará sus análisis. También asegúrese de que la temperatura a la que calibra el electrodo sea la misma que la temperatura a la que mide.
  
  
• Sea consciente de la concentración
  Es una práctica común diluir las soluciones tampón hasta la concentración requerida para su uso en los análisis. Sin embargo, cambiar la concentración puede afectar la cantidad de disociación. Como el pH es una medida de iones de hidrógeno (H⁺), un cambio en la disociación puede causar un cambio en el pH. Después de la dilución, se debe volver a verificar el pH antes de usar el tampón.