缓冲液是水性体系，当加入少量酸或碱时，它会抵抗 pH 值的变化，由弱酸及其偶联碱组成。缓冲液通过吸收反应过程中释放的质子或在反应消耗质子时释放质子来保持溶液的 pH 值恒定。当加入少量强酸或强碱时，部分中和的弱酸或弱碱溶液对 pH 值的变化具有抵抗力，这一发现导致了“缓冲”的概念。

共轭碱是一种失去了质子的酸。
HA H⁺ + A  ↔  ^-
酸 ↔  质子 + 共轭碱

共轭酸是获得质子的碱。
A + H⁺  ↔  H⁺ A
碱 + 质子 ↔  共轭酸

在解离和未解离的形式之间建立了平衡。
例如，弱乙酸在水中部分解离，产生乙酸根离子：
CH₃COOH  ↔  H⁺ + CH₃首席运营官^-
未解离的乙酸、氢离子和解离的离子在溶液中以平衡状态存在。

乙酸钠也在水中解离产生相同的乙酸根离子：
CH₃COONa  ↔  Na⁺ + CH₃首席运营官^-
未解离的乙酸钠和钠和乙酸根离子在溶液中以平衡形式存在。

因此，乙酸和乙酸钠混合物的水溶液可以通过氢离子与乙酸碱结合来吸收加成酸的 H⁺ 离子，从而产生乙酸。此外，当 OH^- 离子通过添加碱引入溶液中时，它们与酸分子 （H⁺） 结合产生水。这样，当系统试图恢复平衡时，溶液会抵抗 pH 值的变化。这就是缓冲溶液的工作原理。

向缓冲液中加入酸后会发生什么？

当一些强酸（更多的 H+）添加到弱酸及其共轭碱的平衡混合物中时，根据 Le Chatelier 原理，平衡向左移动。

将碱基添加到缓冲区后会发生什么？

同样，如果向混合物中加入强碱，则氢离子浓度的降低幅度小于对添加碱量的预期量。这是因为反应向右移动以适应与碱反应中 H⁺ 的损失。

由弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液称为酸性缓冲液，pH 值< 7。由乙酸（弱酸）和乙酸钠（共轭碱）制成的缓冲液是酸性缓冲液，pH 值约为 4.75。
由弱碱及其共轭酸组成的缓冲溶液称为碱性缓冲液，pH 值为 7>。碱性缓冲液的一个例子是氢氧化铵（弱碱）和氯化铵（共轭酸）的水溶液，其 pH 值为 9.25。

当缓冲溶液的 pH 值与所研究的系统或溶液的 pH 值相似时，缓冲溶液的效果最佳。在人类生物学中的酶研究中，需要一个与血液 pH 值相匹配的系统，即 7.35 到 7.45，否则酶将无法正常运作。如果缓冲系统的 pH 值超出所需范围，这也将对分析产生负面影响。

因此，有必要能够制备特定 pH 值的缓冲溶液，这可以通过不同的方式完成：

• pH 值调节
  结晶酸或碱首先溶解在相当于最终所需缓冲溶液体积的 60-70% 左右的水中。测试 pH 值，然后进行调整。如果使用结晶酸，则使用不会产生可能干扰所研究系统的离子的碱来调节 pH 值。如果使用结晶碱，则使用合适的酸调节 pH 值。一旦达到所需的 pH 值，就可以用水填充缓冲溶液的体积以获得所需的体积。
  
  
• 混合酸碱溶液
  在这种方法中，将酸或碱的溶液与伴生盐的溶液混合。源溶液的浓度必须与所需的缓冲溶液相同。溶液可以以不同的比例混合，以在最终缓冲溶液中获得不同的 pH 值。或者，可以在将一种溶液添加到另一种溶液的同时监测 pH 值。
  
  
• 使用 Henderson-Hasselbach 方程
  Henderson-Hasselbach 方程可用于使用解离常数 pK_a 来估计缓冲溶液的 pH 值。当弱酸 （HA） 在溶液中并且解离成氢离子 （H⁺） 及其共轭碱 （A^-） 处于平衡状态时，解离常数是该平衡点上酸强度的量度。Henderson-Hasselbach 方程如下： 



其中：pKa 是弱酸的解离常数
[A-] 是平衡时共轭碱的浓度
[HA] 是平衡时酸的浓度

在共轭碱和酸的平衡浓度相同的情况下，pH 值等于解离常数。此时，缓冲解决方案提供最大的缓冲能力。
Henderson-Hasselbach 方程还用于通过直接测量 pH 值来确定弱酸的解离常数

通用缓冲溶液由多个酸碱对的组合组成。这使得通用缓冲液能够在更宽的范围内保持溶液的 pH 值，因此可用于更多应用。

• 创建缓冲液制备 SOP
  最好记录缓冲液制备过程，并确保每个人都遵循相同的程序，以确保一致性和可重复性。SOP 应包括所用材料的详细信息，以及何时以及如何添加组分和测量 pH 值的确切步骤。SOP 还可能包括下面提到的许多要点。
  
  
• 穿防护服
  必须穿戴适当的个人防护装备 （PPE），例如防护眼镜和衣服，尤其是在接触强酸或强碱时。
  
  
• 检查是否有微生物污染（尤其是在生物应用中）
  在使用任何缓冲液之前，请检查容器是否有微生物污染。pH 值接近中性的缓冲溶液特别容易受到污染。您可能会看到溶液中有一些混浊或污染物沉积在底部。
  
  
• 正确使用 pH 计
  应定期校准和维护 pH 计，以确保 pH 测量准确。使用前应正确准备电极，并应使用足够的缓冲溶液以确保电极液络部正确浸没。请务必等待稳定的 pH 值后再读取读数，然后用蒸馏水冲洗电极。确保在环境温度下使用 pH 计或使用带有集成温度探头的电极。
  
  
• 注意温度
  解离量随温度而变化。因此，您的缓冲溶液应在与分析相同的温度下制备。还要确保校准电极的温度与测量的温度相同。
  
  
• 注意浓度
  通常的做法是将储备缓冲液稀释至所需浓度，以用于分析。但是，改变浓度会影响解离量。由于 pH 值是氢离子 （H⁺） 的量度，因此解离的变化会导致 pH 值的变化。稀释后，应在使用缓冲液前重新检查 pH 值。