Buffertar är vattenhaltiga system som motstår förändringar i pH när små mängder syra eller bas tillsätts och består av en svag syra och dess konjugatbas. En buffert håller pH-värdet i en lösning konstant genom att absorbera protoner som frigörs under reaktioner eller genom att frigöra protoner när de konsumeras av reaktioner. Upptäckten att delvis neutraliserade lösningar av svaga syror eller baser är resistenta mot förändringar i pH, när små mängder starka syror eller baser tillsätts, ledde till begreppet "buffert".

En konjugatbas är en syra som har förlorat en proton.
HA  ↔  H⁺ + A^-
Syra  ↔  proton + konjugatbas

En konjugatsyra är en bas som har fått en proton.
A + H⁺  ↔  H⁺A
Bas + protonkonjugatsyra  ↔  

En jämvikt mellan den dissocierade och den odissocierade formen etableras.
Till exempel dissocierar svag ättiksyra delvis i vatten och producerar en acetatjon:
CH₃COOH  ↔  H⁺ + CH₃COO^-
Den odissocierade ättiksyran, vätejonerna och den dissocierade jonen existerar i jämvikt i lösning.

Natriumacetat dissocierar också i vatten för att producera samma acetatjon:
CH₃COONa  ↔  Na⁺ + CH₃COO^-
Det odissocierade natriumacetatet och jonerna av natrium och acetat existerar i jämvikt i lösning.

En vattenlösning av en blandning av ättiksyra och natriumacetat kan därför absorbera H⁺ -joner från tillsatsen av en syra genom att kombinera vätejonerna med acetatbasen för att producera ättiksyra. Dessutom, ^när OH-joner införs i lösningen genom tillsats av en alkali, kombineras de med syramolekyler (H⁺) för att producera vatten. På detta sätt, när systemet försöker återställa jämvikten, motstår lösningen förändringar av pH-värdet. Så här fungerar en buffertlösning.

Vad händer efter att ha tillsatt syra i bufferten?

När lite stark syra (mer H+) tillsätts till en jämviktsblandning av den svaga syran och dess konjugatbas, förskjuts jämvikten åt vänster, i enlighet med Le Chateliers princip.

Vad händer när du har lagt till en bas i bufferten?

På samma sätt, om en stark bas tillsätts till blandningen, minskar vätejonkoncentrationen med mindre än den mängd som förväntas för den mängd bas som tillsätts. Detta beror på att reaktionen förskjuts åt höger för att ta hänsyn till förlusten av H⁺ i reaktionen med basen.

Buffertlösningar som består av en svag syra och dess konjugatbas är kända som en sur buffert och har ett pH < 7. En buffert gjord med ättiksyra (svag syra) och natriumacetat (konjugatbas) är en sur buffert och har ett pH på cirka 4,75.
Buffertlösningar som består av en svag bas och dess konjugatsyra är kända som alkaliska buffertar och har ett pH > 7. Ett exempel på en alkalisk buffert är en vattenlösning av ammoniumhydroxid (svag bas) och ammoniumklorid (konjugatsyra) som har ett pH på 9,25.

Buffertlösningar fungerar bäst när deras pH liknar det i systemet eller lösningen som undersöks. I studiet av enzymer i mänsklig biologi krävs ett system som matchar blodets pH, det vill säga 7,35 till 7,45 annars kommer enzymerna inte att fungera korrekt. Om buffertsystemet har ett pH utanför det önskade intervallet kommer detta också att påverka analyserna negativt.

Det är därför nödvändigt att kunna framställa buffertlösningar med ett specifikt pH och detta kan göras på olika sätt:

• Justering av pH-värdet
  Den kristallina syran eller basen löses först i en volym vatten som motsvarar cirka 60-70 % av den slutliga erforderliga volymen buffertlösning. pH-värdet testas och justeras sedan. Om en kristallin syra används justeras pH-värdet med hjälp av en bas som inte genererar joner som kan störa systemet som undersöks. Om en kristallin bas används justeras pH-värdet med hjälp av en lämplig syra. När önskat pH har uppnåtts kan buffertlösningens volym fyllas på med vatten för att erhålla den volym som krävs.
  
  
• Blandning av syra- och baslösningar
  I denna metod blandas en lösning av syran eller basen med en lösning av det associerade saltet. Koncentrationerna i källlösningarna måste vara desamma som den buffertlösning som krävs. Lösningarna kan blandas i olika förhållanden för att uppnå olika pH-värden i den slutliga buffertlösningen. Alternativt kan pH-värdet övervakas samtidigt som man tillsätter en lösning till den andra.
  
  
• Använda Henderson-Hasselbachs ekvation
  Henderson-Hasselbachs ekvation kan användas för att uppskatta pH i en buffertlösning med hjälp av dissociationskonstanten, pK_a. När en svag syra (HA) är i lösning och dissociationen i vätejoner (H⁺) och dess konjugatbas (A^-) är i jämvikt, är dissociationskonstanten ett mått på syrans styrka vid denna jämviktspunkt. Henderson-Hasselbachs ekvation är som följer: 



Där: pKa är dissociationskonstanten för den svaga syran
[A-] är koncentrationen av konjugatbasen vid jämvikt,
[HA] är syrans koncentration vid jämvikt,

I det fall där koncentrationen vid jämvikt av den konjugerade basen och syran är densamma, blir pH lika med dissociationskonstanten. Vid denna tidpunkt ger buffertlösningen den maximala buffringsförmågan.
Henderson-Hasselbach-ekvationen används också för att bestämma dissociationskonstanten för svaga syror via direkt mätning av pH

Universella buffertlösningar består av en kombination av flera syra-baspar. Detta gör det möjligt för universella buffertar att bibehålla pH-värdet i en lösning över ett bredare intervall och kan därför användas i många fler applikationer.

• Skapa en SOP för buffertförberedelse
  Det är en bra idé att dokumentera buffertförberedelseprocessen och se till att alla följer samma procedur för att säkerställa konsekvens och reproducerbarhet. SOP bör innehålla detaljer om de material som används och de exakta stegen för när och hur komponenterna ska tillsättas och pH-värdet ska mätas. SOP kan också innehålla många av de punkter som nämns nedan.
  
  
• Använd skyddskläder
  Lämplig personlig skyddsutrustning (PPE), t.ex.ampskyddsglasögon och kläder måste bäras, särskilt när man arbetar med starka syror eller baser.
  
  
• Kontrollera om det finns mikrobiell kontaminering (särskilt i biologiska tillämpningar)
  Innan du använder någon buffert, kontrollera behållaren för mikrobiell kontaminering. Buffertlösningar med ett pH nära neutralt är särskilt känsliga för kontaminering. Du kan se lite grumlighet i lösningen eller föroreningar som har satt sig på botten.
  
  
• Använd din pH-mätare på rätt sätt
  Din pH-mätare bör kalibreras och underhållas regelbundet för att säkerställa korrekta pH-mätningar. Elektroden ska förberedas ordentligt före användning och tillräckligt med buffertlösning ska användas för att säkerställa att elektrodövergången är korrekt nedsänkt. Var noga med att vänta på ett stabilt pH-värde innan du gör avläsningen och skölj elektroden med destillerat vatten efteråt. Se till att använda din pH-mätare vid omgivningstemperatur eller använd en elektrod med integrerad temperatursond.
  
  
• Var medveten om temperaturen
  Mängden dissociation kan variera med temperaturen. Din buffertlösning bör därför beredas vid samma temperatur som du kommer att utföra dina analyser vid. Se också till att temperaturen vid vilken du kalibrerar elektroden är densamma som temperaturen vid vilken du mäter.
  
  
• Var medveten om koncentrationen
  Det är vanligt att späda ut lagerbuffertlösningar till den koncentration som krävs för användning i analyser. Att ändra koncentrationen kan dock påverka mängden dissociation. Eftersom pH är ett mått på vätejoner (H⁺) kan en förändring i dissociation orsaka en förändring i pH. Efter spädning bör pH-värdet kontrolleras på nytt innan bufferten används.