Forståelse af Buffer-løsninger: pH-regulering & Anvendelser

Introduktion

En buffer-løsning bruges til at modstå ændringer i pH, når en vis mængde stærk syre eller base tilføjes løsningen. Det er en vigtig del af biologiske systemer i levende organismer såvel som i laboratoriet. Årsagen til, at en buffer virker til at opretholde et bestemt pH, er, at koncentrationen af svag syre og base holdes i en specifik ratio i overensstemmelse med syre-titrings-kurven.

Titrings-kurven

En titrings-kurve er et diagram, der relaterer de relative koncentrationer af en svag syre til dets konjugerede base ved at plotte pH mod mængde af tilføjet base. I området af titrings-kurven, hvor grafen er næsten flad, ændrer pH sig meget lidt ved tilføjet base, og derfor ville dette være et godt pH for bufferen.

Buffer i Celler og Blod

Den primære buffer fundet i levende celler er H2PO4/HPO4- buffer-paret. I blod er hoved-bufferen H2CO3/HCO3- paret. Dette system bygger på dissociation af karbonsyre, som har en pKa på 6,37. pH-værdien af menneskeblod skal forblive omkring 7,4, og derfor involverer systemet også karbondioxid transporteret til lungerne.

Fosfat-buffer

Fosfat-bufferen er baseret på tris (hydroxymethyl) aminometan eller TRIS. Denne buffer har en pKa på 8,3 og findes både i levende organismer samt bruges i laboratoriet. Det er en god buffer, fordi den ikke har tendens til at interferere med det system, der studeres.

Buffers i Enzymatiske Reaktions

Laboratorie-metoder til at isolere et enzym bruger bufferede løsninger, fordi et enzym kun kan funktione i et smalt pH-interval. Enzymer er meget følsomme over for pH såvel som salt-koncentrationer. Derfor er det vigtigt at bruge en buffer med en meget god buffer-kapacitet for det specifikke pH for at eksperimentet kan lykkes.

Fysiologiske Konsekvenser

Respiration spiller en rolle i buffering af blod ved at styre andefrekvensen afhængigt af behovet for hydrogenioner eller øget syregrad. At øge andefrekvensen er nyttigt, når der er en opsamling af hydrogenioner eller syregrad i blodet. H+ ioner binder til bikarbonat for at danne karbonsyre. Det hæver niveauer af karbondioxid i lungerne. At øge andefrekvensen fjerner det overskydende karbondioxid. Derfor bruges buffersystemet her til at holde blodets pH-niveau inden for det nødvendige smalle interval.