Een pH-buffer is een oplossing die de pH stabiel houdt. In het laboratorium komt u hem op twee manieren tegen: als kalibratiebuffer om een pH-meter te ijken, en als werkbuffer in een assay, een extractie of een kweek. Voor beide kunt u de buffer kant-en-klaar kopen, aanmaken uit voorgemeten poeder of capsules, of zelf bereiden uit losse zouten. Welke route het beste is, hangt af van de vereiste nauwkeurigheid, het volume, de houdbaarheid en de tijd die u eraan wilt besteden. Dit artikel zet de drie routes naast elkaar en helpt u kiezen. De theorie achter buffers (Henderson-Hasselbalch, pKa-tabel, Good’s buffers) staat in het artikel Buffers bereiden en bufferkeuze in het laboratorium. Hier ligt de nadruk op de praktische keuze.
In de chemie is een buffer een oplossing van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base (of een zwakke base en het geconjugeerde zuur). Voegt u een kleine hoeveelheid zuur of base toe, dan verandert de pH nauwelijks. De buffer vangt de toegevoegde H⁺ of OH⁻ op, zolang de buffercapaciteit niet is uitgeput. Dat is ook de reden dat een pH-meter met een buffer van bekende pH kan worden afgesteld.
Een bufferoplossing is de uitgewerkte, gebruiksklare vorm van een buffer: een waterige oplossing met een vastgelegde samenstelling en een bekende pH bij een opgegeven temperatuur. Bufferoplossingen voor de kalibratie van pH-meters worden ook wel ijkvloeistoffen of kalibratiebuffers genoemd. De samenstelling en de pH staan op het etiket.
In het dagelijks taalgebruik betekent een buffer iets wat schokken opvangt, zoals een geldreserve of een voorraad. In het laboratorium betekent het altijd een pH-stabiliserende oplossing. Het verschil is belangrijk bij het zoeken op internet: wie in een zoekmachine op “buffer” zoekt, krijgt beide betekenissen door elkaar.
Gangbare synoniemen zijn bufferoplossing, bufferstelsel, ijkvloeistof (voor kalibratie) en in de levensmiddelenindustrie zuurteregelaar. In het Duits spreekt men van Pufferlösung of Tamponlösung. In het Engels is het eveneens buffer of buffer solution.
Een buffer bevat twee stoffen in evenwicht: een zwak zuur (HA) en zijn geconjugeerde base (A⁻). Komt er extra zuur bij, dan reageert A⁻ met H⁺ tot HA. Komt er base bij, dan geeft HA een H⁺ af aan OH⁻. De verhouding tussen A⁻ en HA verschuift een klein beetje, en de pH verandert daarom maar weinig. Het effect is het grootst als de pH dicht bij de pKa ligt. Het artikel over zuren en basen legt de achtergrond uit.
Kijk eerst naar de samenstelling: een buffer bevat een zwak zuur en zijn geconjugeerde base in vergelijkbare hoeveelheden. Een oplossing van alleen een sterk zuur of alleen een sterke base is geen buffer. Daarnaast kunt u het testen: voeg een kleine, bekende hoeveelheid zuur of base toe en meet de pH. Zuiver water van pH 7 zakt bij 0,1 mmol HCl in 100 mL naar ongeveer pH 3. In 100 mL van een 0,05 mol/L fosfaatbuffer met pH 7,00 daalt de pH bij dezelfde toevoeging met slechts ongeveer 0,04 eenheid.
Het antwoord op de vraag “kopen of zelf maken” hangt af van wat de buffer moet doen. Een kalibratiebuffer is een referentie: de pH moet exact en herleidbaar zijn, want de meter wordt eraan afgesteld. Een werkbuffer moet een bepaalde pH en samenstelling hebben voor het experiment, maar hoeft niet als referentie te dienen.
Een eenduidig antwoord bestaat niet. Voor kalibratie wint kant-en-klaar bijna altijd op nauwkeurigheid en herleidbaarheid. Voor grote hoeveelheden werkbuffer wint zelf bereiden op flexibiliteit en kosten per liter. Poeder en capsules vormen een middenweg. De tabel zet de drie routes naast elkaar.
Kant-en-klare buffers zijn onder gecontroleerde omstandigheden gemaakt en worden met een certificaat geleverd. Dat maakt ze geschikt voor officiële kalibraties en audits. De nadelen zijn de hogere prijs per liter en de beperkte houdbaarheid na het openen.
Bij poeder of capsules koopt u zakjes of capsules met een afgemeten hoeveelheid zouten. U lost de inhoud op in een vast volume water. De buffer is dan vers, en de droge vorm is lang houdbaar.
Zelf bereiden betekent een zwak zuur en zijn geconjugeerde base in de berekende verhouding afwegen en oplossen. Het levert maximale vrijheid in pH, concentratie en samenstelling.
De keuze volgt uit uw situatie. De tabel geeft per situatie de route die doorgaans het beste past.
Welke eisen gelden voor uw laboratorium, staat in uw eigen kwaliteitssysteem. Achtergrond over GLP en ISO 17025-accreditatie vindt u in de bijbehorende artikelen.
De nauwkeurigheid van een buffer wordt bepaald door de herleidbaarheid van de waarde en door alles wat daarna met de buffer gebeurt. Een fabrikant bereidt een gecertificeerde buffer gravimetrisch uit zuivere uitgangsstoffen en controleert de pH tegen referentiemateriaal. De primaire standaarden zijn gekoppeld aan nationale metrologische instituten zoals NIST en PTB. Zo is de gemeten pH te herleiden tot de internationale schaal.
Bij zelf bereiden komen alle foutenbronnen voor uw rekening:
De pKa van een buffersysteem hangt van de temperatuur af. Daarom hoort bij elke kalibratiebuffer een tabel of formule met de pH per temperatuur. De meeste pH-meters met temperatuurcompensatie corrigeren dat automatisch, mits de buffertemperatuur bekend is. Als voorbeeld geeft het NIST-certificaat voor kaliumwaterstoftalaat (0,05 mol/kg) de volgende gecertificeerde waarden.
De onzekerheid van de gecertificeerde waarde bedraagt volgens dat certificaat 0,010 pH-eenheid (95 % betrouwbaarheid). Het verschil tussen 20 en 37 °C is voor deze buffer dus ongeveer 0,02 pH-eenheid. Andere buffersystemen, zoals Tris, verschuiven veel sterker met de temperatuur.
Nee, dat is een cirkelredenering. Als u een zelfbereide buffer met dezelfde pH-meter bijstelt die u er vervolgens mee wilt kalibreren, bevestigt de meter alleen zichzelf. Een zelfbereide buffer is alleen bruikbaar als referentie als de pH is vastgesteld met een onafhankelijk gekalibreerde meter en een bewezen onzekerheid. Voor routinekalibratie is een gecertificeerde buffer daarom de eenvoudigste en meest verdedigbare keuze. Meer over de borging van meetmiddelen staat in Kalibratie versus verificatie van laboratoriumapparatuur.
Een ongeopende kant-en-klare buffer is houdbaar tot de datum op het etiket. Een fabrikantspecificatie van een gecertificeerde ftalaatbuffer noemt bijvoorbeeld drie jaar in de ongeopende, goed gesloten fles, maar dat verschilt per product. Na het openen beginnen lucht en vuil de buffer te beïnvloeden. Een zelfbereide of opgeloste buffer heeft geen vaste termijn en is vooral een kwestie van snel gebruiken, goed afsluiten en controleren. Algemene bewaarregels vindt u in het artikel Reagentia bewaren en houdbaarheidsduur.
Basische buffers nemen CO₂ uit de lucht op. Dat gas vormt in water een zwak zuur, waardoor de pH daalt. Een pH 4-buffer reageert daar nauwelijks op. Daarom is de buffer van pH 10 de eerste die onbetrouwbaar wordt als de fles lang openstaat. Sluit de fles direct na gebruik en noteer de openingsdatum op het etiket.
Een buffer die vlokken, troebelheid of verkleuring vertoont, is mogelijk besmet door schimmel of bacteriën en moet worden weggegooid. Ook zonder zichtbare verandering kan een buffer onbetrouwbaar zijn, bijvoorbeeld door CO₂-opname. Aanwijzingen zijn een afwijkende helling of een afwijkende waarde bij de kalibratie. Gebruik in elk geval nooit een buffer na de houdbaarheidsdatum.
Nee. Giet nooit gebruikte buffer terug in de fles of het bewaarvat. De elektrode en het bekerglas brengen sporen van monsters en spoelwater mee, en die vervuilen de resterende buffer. Schenk per kalibratie een kleine hoeveelheid in een schoon, droog of voorgespoeld bekerglas, en gooi de rest van die portie weg.
Voor een werkbuffer met een zelfgekozen pH volgt u deze stappen. Voor de volledige uitwerking, inclusief concentraties en de methode van gedeeltelijke neutralisatie, verwijzen wij naar Buffers bereiden en bufferkeuze.
Een buffer bestaat uit drie keuzes: het zuur-basepaar, de verhouding tussen beide componenten en de totale concentratie. Het paar bepaalt het werkgebied, want een buffer werkt het best binnen ongeveer één pH-eenheid rond de pKa. De verhouding bepaalt de exacte pH. De totale concentratie bepaalt hoeveel zuur of base de buffer kan opvangen. Meer concentratie betekent meer capaciteit, maar ook een hogere ionsterkte en osmolariteit. De pH- en buffercalculator helpt bij het uitrekenen.
De bufferwerking wordt beschreven door de vergelijking van Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]). Daarin is [A⁻] de concentratie van de geconjugeerde base en [HA] die van het zwakke zuur. Zijn beide gelijk, dan is de pH gelijk aan de pKa. Bij een verhouding van 10 : 1 ligt de pH één eenheid boven de pKa.
Berekenen gaat in drie stappen: kies het buffersysteem en zijn pKa, bereken de verhouding base/zuur uit de gewenste pH, en verdeel de totale hoeveelheid over beide componenten. Een voorbeeld voor 1 L fosfaatbuffer van 0,10 mol/L met pH 7,00, met pKa ≈ 7,2 voor H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻: de verhouding [HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻] is 10^(7,00 − 7,21) ≈ 0,62. Van de 0,10 mol is dan ongeveer 0,038 mol HPO₄²⁻ en 0,062 mol H₂PO₄⁻. De werkelijke pH wijkt door ionsterkte en activiteit vaak af van de berekende. Daarom stelt u altijd bij met een gekalibreerde pH-meter.
De buffercapaciteit (β) geeft aan hoeveel mol sterk zuur of sterke base per liter nodig is om de pH één eenheid te laten veranderen. De capaciteit is het grootst als de pH gelijk is aan de pKa en neemt toe met de totale concentratie van de buffer. Het artikel over buffers bereiden en bufferkeuze werkt de berekening uit.
De pH is de negatieve tiendelogaritme van de waterstofionactiviteit: pH = −log₁₀ a(H⁺). In de praktijk benadert men dat voor verdunde oplossingen met pH = −log₁₀ [H⁺], waarbij [H⁺] in mol/L staat.
Bepaal eerst de concentratie H⁺ en neem daarvan de negatieve logaritme. Een oplossing met [H⁺] = 1,0 × 10⁻³ mol/L heeft pH 3. Voor een basische oplossing berekent u eerst de pOH uit [OH⁻] en gebruikt u pH + pOH = 14 (bij 25 °C).
Dat hangt af van het type oplossing:
Een sterk zuur als HCl dissocieert vrijwel volledig, dus [H⁺] is gelijk aan de zuurconcentratie. Voor 0,010 mol/L HCl is pH = −log 0,010 = 2,00. Bij zeer verdunde oplossingen, ruwweg onder 10⁻⁶ mol/L, gaat de eigen dissociatie van water een rol spelen en klopt deze eenvoudige berekening niet meer.
Bepaal dat vanuit uw verbruik en de houdbaarheid na het openen. Als u per kalibratie 30 mL per buffer gebruikt (een aangenomen waarde, de juiste hoeveelheid hangt af van uw elektrode en bekerglas) en 20 keer per maand kalibreert, verbruikt u 600 mL per buffer per maand. Een fles van 500 mL is dan in ongeveer een maand leeg, een fles van 250 mL in ongeveer twee weken. Kies de verpakking die leeg is binnen de termijn die de fabrikant aangeeft. Voor weinig verbruik zijn kleine verpakkingen of voorgemeten zakjes zinvoller dan een grote fles die half verloopt.
Dat hangt af van wat u bedoelt. Is de pH van een bereide werkbuffer te hoog, dan stelt u hem bij met een verdund zuur (voor een buffer meestal HCl), in kleine stappen en onder roeren, zodat u de doelwaarde niet overschiet. Bij een kalibratiebuffer past u niets aan: een afwijkende waarde betekent dat u de buffer vervangt. Een te hoge pH in een experiment kan een enzym minder actief maken of cellen beschadigen, omdat veel biologische processen alleen binnen een smal pH-gebied goed werken. Ook de pH-meter heeft een grens: boven ongeveer pH 12 geven standaard glaselektroden door de alkalifout een te lage waarde. Zie De pH-meter als apparaat.
Een neutrale oplossing heeft bij 25 °C pH 7. Die waarde verschuift met de temperatuur: voor zuiver water bij 100 °C is neutraal ongeveer pH 6,1. Menselijk bloed ligt tussen pH 7,35 en 7,45. Voor medische vragen verwijzen wij naar uw arts.
Kalibreer met minimaal twee buffers die de verwachte pH van uw monsters omvatten, bijvoorbeeld pH 7 en pH 4 voor zure monsters of pH 7 en pH 10 voor basische monsters. Spoel de elektrode tussen de buffers met gedemineraliseerd water, gebruik verse buffer in een schoon bekerglas en laat de temperatuur stabiliseren. Controleer na afloop de helling en de offset die de meter aangeeft. De tolerantiegrenzen staan in uw SOP. Een uitgewerkte procedure vindt u in SOP pH-meter kalibratie, en de keuze van meter en elektrode in de pH-meter keuzewijzer.
Gebruik gedestilleerd of gedemineraliseerd water van goede kwaliteit, en voor nauwkeurig werk ultrapuur water. CO₂ in het water en een hoge geleidbaarheid verschuiven de pH, vooral van zwak gebufferde en basische oplossingen. Hoe zuiver water moet zijn, hangt van uw toepassing af. Het artikel over omgekeerde osmose beschrijft de bereiding van water voor het laboratorium.
Het woord buffer wordt ook voor spaargeld gebruikt. Dat valt buiten dit artikel, maar de vragen worden vaak in één adem genoemd.
De 50/30/20-regel is een budgetrichtlijn: ongeveer 50 % van het netto-inkomen voor noodzakelijke uitgaven, 30 % voor persoonlijke wensen en 20 % voor sparen en aflossen. Wat een passende spaarbuffer is, hangt af van uw huishouden. Het Nibud publiceert daarvoor eigen adviezen en rekenhulpen. Raadpleeg die voor actuele bedragen. Wij geven op deze plek geen financieel advies.
Voor kalibratie wel, omdat ze herleidbaar zijn en met een certificaat komen. Voor werkbuffers met een specifieke pH of grote volumes is zelf bereiden vaak praktischer en goedkoper. De juiste keuze hangt af van de toepassing.
Minimaal twee, zodanig gekozen dat de pH van uw monsters ertussen ligt. Veelgebruikte waarden zijn pH 4, 7 en 10. Voor een driepuntskalibratie gebruikt u alle drie. Volg de instructie van de fabrikant van uw meter.
Technische buffers worden met afgeronde waarden aangeduid, zoals 4,01, 7,00 en 10,01. Primaire en secundaire standaardbuffers vermelden de waarde met drie decimalen en een onzekerheid, bijvoorbeeld pH(S) 4,005 bij 25 °C. Voor reguliere kalibratie volstaan technische buffers meestal. Voor aantoonbare herleidbaarheid kiest u een gecertificeerde standaard.
Voor kalibratie en bereiding vindt u bij Labvakhandel pH-meters en bufferoplossingen in de webgroep elektrochemie, naast balansen voor het afwegen van zouten, maatglaswerk voor het aanvullen tot volume en waterbehandeling voor water van laboratoriumkwaliteit. Neem contact op voor advies over de buffer die bij uw meting past.
Onderdeel van: Milieulaboratorium · Farmaceutisch lab · Voedingslaboratorium
Geschreven door Labvakhandel, specialist in laboratoriumbenodigdheden voor bedrijven en instellingen.
Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als algemene technische toelichting. Canidae Seal B.V. / Labvakhandel.nl aanvaardt geen aansprakelijkheid voor de toepassing van deze informatie in specifieke analytische, klinische of industriële situaties. Raadpleeg voor uw eigen toepassing altijd de geldende normen, vakliteratuur en de documentatie van fabrikant en apparatuur.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
