Pufri so vodni sistemi, ki so odporni na spremembe pH, ko se dodajo majhne količine kisline ali baze in so sestavljeni iz šibke kisline in njene konjugirane baze. Pufer ohranja pH raztopine konstanten z absorpcijo protonov, ki se sproščajo med reakcijami, ali s sproščanjem protonov, ko jih porabijo reakcije. Odkritje, da so delno nevtralizirane raztopine šibkih kislin ali baz odporne na spremembe pH, ko se dodajo majhne količine močnih kislin ali baz, je pripeljalo do koncepta "pufra".

Konjugirana baza je kislina, ki je izgubila proton.
HA  ↔  H⁺ + A^-
Kisli  ↔  proton + konjugirana baza

Konjugirana kislina je baza, ki je pridobila proton.
A + H ⁺  ↔  H ⁺ A
Baza + protonska  ↔  konjugirana kislina

Vzpostavljeno je ravnovesje med disociirano in neločeno obliko.
Na primer, šibka ocetna kislina delno disociira v vodi in proizvaja acetatni ion:
CH₃COOH  ↔  H⁺ + CH₃COO^-
Nedisociirana ocetna kislina, vodikovi ioni in disociirani ioni obstajajo v ravnovesju v raztopini.

Natrijev acetat se tudi disociira v vodi, da proizvede isti acetatni ion:
CH₃COONa  ↔  Na⁺ + CH₃COO^-
Nedisociirani natrijev acetat ter ioni natrija in acetata so v ravnovesju v raztopini.

Vodna raztopina mešanice ocetne kisline in natrijevega acetata lahko zato absorbira ione H⁺ z dodajanjem kisline z združevanjem vodikovih ionov z acetatno bazo, da nastane ocetna kislina. Poleg tega, ko se ^OH-ioni vnesejo v raztopino z dodajanjem alkalije, se združijo s kislinskimi molekulami (H⁺) in proizvedejo vodo. Na ta način, ko sistem poskuša obnoviti ravnovesje, se raztopina upira spremembam pH vrednosti. Tako deluje puferska raztopina.

Kaj se zgodi po dodajanju kisline v pufer?

Ko se ravnotežni mešanici šibke kisline in njene konjugirane baze doda nekaj močne kisline (več H+), se ravnovesje premakne v levo, v skladu z Le Chatelierjevim načelom.

Kaj se zgodi po dodajanju baze v medpomnilnik?

Podobno, če se zmesi doda močna baza, se koncentracija vodikovih ionov zmanjša za manj od pričakovane količine za dodano količino baze. To je zato, ker se reakcija premakne v desno, da se prilagodi izgubi H⁺ v reakciji z bazo.

Puferske raztopine, ki so sestavljene iz šibke kisline in njene konjugirane baze, so znane kot kisli pufri in imajo pH < 7. Pufer, narejen iz ocetne kisline (šibka kislina) in natrijevega acetata (konjugirana baza), je kisli pufer in ima pH okoli 4,75.
Puferske raztopine, ki so sestavljene iz šibke baze in njene konjugirane kisline, so znane kot alkalni pufri in imajo pH > 7. Primer alkalnega pufra je vodna raztopina amonijevega hidroksida (šibka baza) in amonijevega klorida (konjugirana kislina), ki ima pH 9,25.

Puferske raztopine najbolje delujejo, če je njihov pH podoben pH sistema ali raztopine, ki se raziskuje. Pri preučevanju encimov v človeški biologiji je potreben sistem, ki ustreza pH krvi, tj. 7,35 do 7,45, sicer encimi ne bodo delovali pravilno. Če ima puferski sistem pH zunaj želenega območja, bo to negativno vplivalo tudi na analize.

Zato je treba biti sposoben pripraviti puferske raztopine s specifičnim pH, kar je mogoče storiti na različne načine:

• Prilagoditev pH
  Kristalna kislina ali baza se najprej raztopi v volumnu vode, ki ustreza približno 60-70% končnega potrebnega volumna puferske raztopine. pH se testira in nato prilagodi. Če se uporablja kristalna kislina, se pH prilagodi z uporabo baze, ki ne ustvarja ionov, ki bi lahko motili sistem, ki se preiskuje. Če se uporablja kristalna baza, se pH prilagodi z uporabo ustrezne kisline. Ko je dosežen želeni pH, lahko volumen puferske raztopine dopolnimo z vodo, da dobimo zahtevani volumen.
  
  
• Mešanje kislinskih in bazičnih raztopin
  Pri tej metodi se raztopina kisline ali baze zmeša z raztopino povezane soli. Koncentracije izvornih raztopin morajo biti enake zahtevani puferski raztopini. Raztopine se lahko mešajo v različnih razmerjih, da se dosežejo različne pH vrednosti v končni puferski raztopini. Druga možnost je, da se pH spremlja med dodajanjem ene raztopine drugi.
  
  
• Uporaba Henderson-Hasselbachove enačbe
  Henderson-Hasselbachova enačba se lahko uporabi za oceno pH puferske raztopine z uporabo disociacijske konstante, pK_a. Ko je šibka kislina (HA) v raztopini in je disociacija na vodikove ione (H⁺) in njena konjugirana baza (A^-) v ravnovesju, je disociacijska konstanta merilo moči kisline na tej ravnotežni točki. Henderson-Hasselbachova enačba je naslednja: 



Kje: pKa je disociacijska konstanta šibke kisline
[A-] je koncentracija konjugirane baze v ravnovesju
[HA] koncentracija kisline v ravnovesju

Če je koncentracija konjugirane baze in kisline v ravnovesju enaka, je pH enak disociacijski konstanti. Na tej točki puferska raztopina zagotavlja največjo zmogljivost pufriranja.
Henderson-Hasselbachova enačba se uporablja tudi za določanje disociacijske konstante šibkih kislin z neposrednim merjenjem pH

Univerzalne puferske raztopine so sestavljene iz kombinacije več kislinsko-bazičnih parov. To omogoča univerzalnim pufrom, da ohranijo pH vrednost raztopine v širšem razponu in se zato lahko uporabljajo v številnih drugih aplikacijah.

• Ustvarite SOP za pripravo pufra
  Dobro je dokumentirati postopek priprave pufra in se prepričati, da vsi sledijo enakemu postopku, da se zagotovi doslednost in ponovljivost. SOP mora vključevati podrobnosti o uporabljenih materialih in natančne korake, kdaj in kako dodati sestavine in izmeriti pH. SOP lahko vključuje tudi številne spodaj navedene točke.
  
  
• Nosite zaščitna oblačila
  Nositi je treba ustrezno osebno zaščitno opremo, na primer zaščitna očala in oblačila, zlasti pri delu z močnimi kislinami ali bazami.
  
  
• Preverjanje mikrobne kontaminacije (zlasti pri bioloških aplikacijah)
  Pred uporabo pufra preverite, ali je vsebnik kontaminiran z mikrobi. Puferske raztopine s pH blizu nevtralnega so še posebej dovzetne za kontaminacijo. V raztopini lahko opazite nekaj motnosti ali onesnaževalcev, ki so se naselili na dnu.
  
  
• Pravilno uporabljajte pH meter
  Vaš pH meter je treba redno umeriti in vzdrževati, da se zagotovijo natančne meritve pH. Elektrodo je treba pred uporabo ustrezno pripraviti in uporabiti dovolj puferske raztopine, da se zagotovi, da je elektrodni spoj pravilno potopljen. Pred odčitavanjem počakajte na stabilno pH vrednost in nato sperite elektrodo z destilirano vodo. Prepričajte se, da uporabljate pH meter pri sobni temperaturi ali uporabite elektrodo z vgrajeno temperaturno sondo.
  
  
• Bodite pozorni na temperaturo
  Količina disociacije se lahko razlikuje glede na temperaturo. Pufersko raztopino je zato treba pripraviti pri isti temperaturi, pri kateri boste izvajali analize. Prav tako se prepričajte, da je temperatura, pri kateri kalibrirate elektrodo, enaka temperaturi, pri kateri merite.
  
  
• Bodite pozorni na koncentracijo
  Običajna praksa je, da se osnovne puferske raztopine razredčijo do zahtevane koncentracije za uporabo v analizah. Vendar pa lahko sprememba koncentracije vpliva na količino disociacije. Ker je pH merilo vodikovih ionov (H⁺), lahko sprememba disociacije povzroči spremembo pH. Po redčenju je treba pred uporabo pufra ponovno preveriti pH.