Puffersysteme

Puffersysteme sind chemische Systeme aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder aus einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure, die dazu dienen, den pH-Wert einer Lösung gegen Zugaben von Säuren oder Basen zu stabilisieren. Sie verhindern größere pH-Sprünge, indem sie überschüssige H+-Ionen oder OH--Ionen abfangen.

Die Funktionsweise beruht darauf, dass das Puffersystem bei Veränderungen der H+- oder OH--Konzentration mit den entsprechenden Gegenreaktionen reagiert. Die Beziehung zwischen pH, der pKa des Puffers und dem Verhältnis von Puffersäure zu konjugierter Base wird durch die Henderson-Hasselbalch-Gleichung beschrieben.

Typische Puffersysteme in wässrigen Lösungen sind der Kohlensäure-Bicarbonat-Puffer (CO2/HCO3−) mit einem pKa um 6,1, der Phosphatpuffer-System (H2PO4−/HPO4^2−) mit einem pKa nahe 7,2, sowie verschiedene Proteinpuffer (z. B. Albumin, Hämoglobin), die durch unterschiedliche Aminosäurenreste wirksam sind. In biologischen Systemen werden Puffersysteme sowohl extrazellulär als auch intrazellulär eingesetzt.

Physiologisch arbeiten Puffersysteme eng mit Atem- und Nierenfunktionen zusammen: Die CO2-Ausscheidung und die HCO3−-Regeneration regulieren den Salz- und Wasserhaushalt sowie den pH, wodurch kompensatorische Mechanismen bei Störungen greifen.

Anwendungen finden Puffersysteme in der Chemie, Biologie, Medizin und Umwelttechnik, z. B. bei Laborreaktionen, biologischen Proben oder der Blutgasanalyse. Grenzen liegen in der Kapazität des Puffers und dem Umkreis des pKa-Werts; außerhalb dieses Bereichs sinkt die Wirksamkeit deutlich.