Puffersubstanzen

Puffersubstanzen, auch Puffer genannt, sind Substanzen oder Systemen, die bei Zugabe kleiner Mengen Säure oder Base den pH-Wert einer Lösung weitgehend stabil halten. In der Praxis besteht ein Puffer meist aus einem System einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure. Durch Aufnahme oder Abgabe von Protonen wirken Puffer dem pH-Veränderungen entgegen und verhindern große Verschiebungen des Säure-Base-Gleichgewichts.

Typische Puffergruppen umfassen Essigsäure und Acetat, Phosphatpuffer (H2PO4−/HPO4^2−), Carbonatpuffer (HCO3−/CO3^2−) sowie am Beispiel von organischen Puffern Tris-HCl, HEPES oder MES. Die Wirksamkeit eines Puffers ist am größten in einem Bereich um den pKa-Wert der relevanten Komponente, üblicherweise pH = pKa ± 1.

Die Pufferkapazität hängt von der Gesamtkonzentration der Pufferbestandteile ab; je höher die Konzentration, desto größer die Fähigkeit, zugesetzte Säure oder Base zu neutralisieren. Grenzen ergeben sich, wenn dem System größere Mengen an Säure oder Base zugeführt werden, bei stärkeren pH-Veränderungen oder unter veränderten Temperatur- und Ionenbedingungen. Temperatureffekte und Änderungen der Ionenstärke können die Wirksamkeit beeinflussen.

Anwendungen finden Puffersubstanzen in der Biologie, Biochemie, Analytik, Medizin und Umweltwissenschaften. Sie ermöglichen stabile Reaktionsbedingungen in Experimente, Zellkultur, Chromatografie und diagnostischen Verfahren, indem sie definierte pH-Werte sicherstellen.