緩衝液是水性體系，當加入少量酸或鹼時，它會抵抗 pH 值的變化，由弱酸及其偶聯鹼組成。緩衝液通過吸收反應過程中釋放的質子或在反應消耗質子時釋放質子來保持溶液的 pH 值恆定。當加入少量強酸或強鹼時，部分中和的弱酸或弱鹼溶液對 pH 值的變化具有抵抗力，這一發現導致了“緩衝”的概念。

共軛鹼是一種失去了質子的酸。
HA H⁺ + A  ↔  ^-
酸 ↔  質子 + 共軛鹼

共軛酸是獲得質子的鹼。
A + H⁺  ↔  H⁺ A
鹼 + 質子 ↔  共軛酸

在解離和未解離的形式之間建立了平衡。
例如，弱乙酸在水中部分解離，產生乙酸根離子：
CH₃COOH  ↔  H⁺ + CH₃首席運營官^-
未解離的乙酸、氫離子和解離的離子在溶液中以平衡狀態存在。

乙酸鈉也在水中解離產生相同的乙酸根離子：
CH₃COONa  ↔  Na⁺ + CH₃首席運營官^-
未解離的乙酸鈉和鈉和乙酸根離子在溶液中以平衡形式存在。

因此，乙酸和乙酸鈉混合物的水溶液可以通過氫離子與乙酸鹼結合來吸收加成酸的 H⁺ 離子，從而產生乙酸。此外，當 OH^- 離子通過添加鹼引入溶液中時，它們與酸分子 （H⁺） 結合產生水。這樣，當系統試圖恢復平衡時，溶液會抵抗 pH 值的變化。這就是緩衝溶液的工作原理。

向緩衝液中加入酸後會發生什麼？

當一些強酸（更多的 H+）添加到弱酸及其共軛鹼的平衡混合物中時，根據 Le Chatelier 原理，平衡向左移動。

將鹼基添加到緩衝區後會發生什麼？

同樣，如果向混合物中加入強鹼，則氫離子濃度的降低幅度小於對添加鹼量的預期量。這是因為反應向右移動以適應與鹼反應中 H⁺ 的損失。

由弱酸及其共軛鹼組成的緩衝溶液稱為酸性緩衝液，pH 值< 7。由乙酸（弱酸）和乙酸鈉（共軛鹼）製成的緩衝液是酸性緩衝液，pH 值約為 4.75。
由弱鹼及其共軛酸組成的緩衝溶液稱為鹼性緩衝液，pH 值為 7>。鹼性緩衝液的一個例子是氫氧化銨（弱鹼）和氯化銨（共軛酸）的水溶液，其 pH 值為 9.25。

當緩衝溶液的 pH 值與所研究的系統或溶液的 pH 值相似時，緩沖溶液的效果最佳。在人類生物學中的酶研究中，需要一個與血液 pH 值相匹配的系統，即 7.35 到 7.45，否則酶將無法正常運作。如果緩衝系統的 pH 值超出所需範圍，這也將對分析產生負面影響。

因此，有必要能夠製備特定 pH 值的緩衝溶液，這可以通過不同的方式完成：

• pH 值調節
  結晶酸或鹼首先溶解在相當於最終所需緩衝溶液體積的 60-70% 左右的水中。測試 pH 值，然後進行調整。如果使用結晶酸，則使用不會產生可能干擾所研究系統的離子的鹼來調節 pH 值。如果使用結晶鹼，則使用合適的酸調節 pH 值。一旦達到所需的 pH 值，就可以用水填充緩衝溶液的體積以獲得所需的體積。
  
  
• 混合酸鹼溶液
  在這種方法中，將酸或鹼的溶液與伴生鹽的溶液混合。源溶液的濃度必須與所需的緩衝溶液相同。溶液可以以不同的比例混合，以在最終緩衝溶液中獲得不同的 pH 值。或者，可以在將一種溶液添加到另一種溶液的同時監測 pH 值。
  
  
• 使用 Henderson-Hasselbach 方程
  Henderson-Hasselbach 方程可用於使用解離常數 pK_a 來估計緩衝溶液的 pH 值。當弱酸 （HA） 在溶液中並且解離成氫離子 （H⁺） 及其共軛鹼 （A^-） 處於平衡狀態時，解離常數是該平衡點上酸強度的量度。Henderson-Hasselbach 方程如下： 



其中：pKa 是弱酸的解離常數
[A-] 是平衡時共轭鹼的濃度
[HA] 是平衡時酸的濃度

在共軛鹼和酸的平衡濃度相同的情況下，pH 值等於解離常數。此時，緩衝解決方案提供最大的緩衝能力。
Henderson-Hasselbach 方程還用於通過直接測量 pH 值來確定弱酸的解離常數

通用緩衝溶液由多個酸鹼對的組合組成。這使得通用緩衝液能夠在更寬的範圍內保持溶液的 pH 值，因此可用於更多應用。

• 創建緩衝液製備 SOP
  最好記錄緩衝液製備過程，並確保每個人都遵循相同的程式，以確保一致性和可重複性。SOP 應包括所用材料的詳細資訊，以及何時以及如何添加組分和測量 pH 值的確切步驟。SOP 還可能包括下面提到的許多要點。
  
  
• 穿防護服
  必須穿戴適當的個人防護裝備 （PPE），例如防護眼鏡和衣服，尤其是在接觸強酸或強鹼時。
  
  
• 檢查是否有微生物污染（尤其是在生物應用中）
  在使用任何緩衝液之前，請檢查容器是否有微生物污染。pH 值接近中性的緩衝溶液特別容易受到污染。您可能會看到溶液中有一些混濁或污染物沉積在底部。
  
  
• 正確使用 pH 計
  應定期校準和維護 pH 計，以確保 pH 測量準確。使用前應正確準備電極，並應使用足夠的緩衝溶液以確保電極液絡部正確浸沒。請務必等待穩定的 pH 值後再讀取讀數，然後用蒸餾水沖洗電極。確保在環境溫度下使用 pH 計或使用帶有集成溫度探頭的電極。
  
  
• 注意溫度
  解離量隨溫度而變化。因此，您的緩衝溶液應在與分析相同的溫度下製備。還要確保校準電極的溫度與測量的溫度相同。
  
  
• 注意濃度
  通常的做法是將儲備緩衝液稀釋至所需濃度，以用於分析。但是，改變濃度會影響解離量。由於 pH 值是氫離子 （H⁺） 的量度，因此解離的變化會導致 pH 值的變化。稀釋后，應在使用緩衝液前重新檢查 pH 值。