بافرها به محلول هایی گفته میشود که میتوانند در برابر تغییرات پی اچ(که عمدتا در اثر اضافه شدن اسید یا باز بوجود می آیند) مقاومت کنند. این محلول ها بدلیل ویژگی خاصی که دارند، کاربردهای زیادی دارند که از مهمترین آنها میتوان به کاربردهای زیستی اشاره کرد.

بافر چیست؟

یک محلول بافر(به طور دقیقتر بافر pH یا بافر یون هیدروژن)، محلولی آبی است که از ترکیب یک اسید ضعیف و باز مزدوج آن یا بالعکس تشکیل شده است. پی اچ این محلول زمانی که مفدار کمی از یک اسید یا باز قوی به آن اضافه شود، تغییرات خیلی کمی میکند. محلول های بافری بیشتر برای کنترل pH محیط در یک بسیاری از کاربردها استفاده میشوند. در طبیعت نیز سیستم های بافری بسیاری وجود دارند. یکی از مهمترین های آنها سیستم بافری بی کربنات است که برای تنظیم pH خون مورد استفاده قرار میگیرد.

اصول عملکرد بافرها

دلیل اصلی ای که بافرها در مقابل پی اچ مقاومت میکنند، وجود نوعی تعادل میان اسید و باز مزدوج آن است.

HA ⇌ H⁺ + A⁻

در تعادل بالا HA اسید و A⁻ باز مزدوج آن است.

در زمانی که یک اسید یا باز قوی به این تعادل اضافه شود، واکنش به سمت متعادل کردن آن و جبران غلظت H+ حرکت خواهد کرد. به عنوان مثال اگر یک باز قوی به محلول اضافه شود، واکنش به سمت راست حرکت میکند تا غلظت H+ جبران شود.

برای بافرها شاخصی با عنوان ظرفیت بافری نیز تعریف میشود. ظرفیت بافری به این معناست که بافر چقدر میتواند در مقابل تغییرات pH یا اضافه شدن یون های OH- مقاومت کند.

کاربردهای بافر

pH محلول هایی که خاصیت بافری دارند، تغییرات بسیار کمی خواهد داشت. در سیستم های بیولوژیکی این شرایط برای آنزیم ها و پروتئین ها بسیار بحرانیست. به این دلیل که پروتئین ها و آنزیم ها به شدت نسبت به تغییرات pH حساس هستند و با تغییر pH، ساختار آنها به کلی تغییر خواهد کرد و در نتیجه آن عملکردشان را از دست میدهند. به عنوان مثال در انسان ها ترکیبی از کربنیک اسید(H2CO3) و بی کربنات(HCO3-) در پلاسمای خون موجود است. این مکانیزم باعث میشود که پی اچ خون در محدوده 7.35-7.45 بافی بماند.

اگر پی اچ افزایش یا کاهش شدیدی داشته باشد، عملکرد آنزیم ها کاهش یافته یا در موارد زیادی آنزیم ها تغییر شکل میدهند. این تغییر در موراد زیادی بازگشت ناپذیر است و به همین دلیل هم بیشتر نمونه های زیستی در محلول های بافری نگه داشته میشوند. پرکاربردترین بافر که برای این موضوع مورد استفاده قرار میگیرد، PBS است که پی اچ را در محدوده 7.4 نگه می‌دارد.

در صنعت نیز از بافرها برای فرآیندهای تخمیر و در فراهم کردن شرایط مناسب برای رنگرزی پارچه ها استفاده میشود. همچنین از بافرها برای آنالیزهای شیمیایی و کالیبراسیون پی اچ متر ها استفاده میشود.