בופר

בוּפר (באנגלית: Buffer; בעברית: מתריס או תמיסת מגן) היא תמיסה שמתנגדת לשינוי ברמת החומציות שלה, כלומר לשינוי בריכוז יוני ההידרוניום (H3O+).
תמיסת בופר מכילה בדרך כלל חומצה חלשה והמלח שלה, שהוא הבסיס המצומד שלה. דוגמה נפוצה היא חומצה אצטית (CH3COOH) ויוני האצטט (CH3COO-). אפשר גם לבנות בופר מבסיס חלש והחומצה המצומדת שלו.
בופרים חשובים מאוד בביולוגיה. הרבה תהליכים ביולוגיים דורשים pH מסוים כדי לעבוד נכון. חלבונים, ובמיוחד אנזימים (חלבונים שמזרזים תגובות), פועלים בצורה מיטבית בטווח pH מצומצם. שינוי ב-pH משנה את המטענים החשמליים של חומצות האמינו, וזה עלול לשנות או לקרוס את המבנה התלת־ממדי של החלבון. כתוצאה מזה הפעולה של האנזים נפגעת או נפסקת. שינוי חומציות גם משפיע על הולכת הדחפים החשמליים במערכת העצבים.
בגוף יש כמה מערכות בופר. במערכת הדם המערכת החשובה היא מערכת יוני הפחמה, שמורכבת מחומצה פחמתית (H2CO3) ומיוני ביקרבונט (HCO3-). חומצה פחמתית נוצרת כשפחמן דו־חמצני (CO2) מגיב עם מים, ולכן הנשימה התאית משפיעה על חומציות הדם. מערכת בופר חשובה נוספת היא מערכת הזרחן (H3PO4 ויוניה).
במעבדות מייצרים בופרים מלאכותיים ושולחים אותם עם אנזימים. לדוגמה אנזימי RNA פולימראז ו-DNA פולימראז מגיעים עם בופר מותאם לעבודה שלהם, למשל בתהליכי PCR.
המנגנון נובע משיווי משקל כימי ומהעיקרון של לה שטליה (המערכת מתנגדת לשינוי שטורף את שיווי המשקל). חומצה חלשה (HA) במים נמצאת בשיווי משקל עם יוני ההידרוניום והבסיס המצומד שלה (A-):
HA + H2O ⇌ H3O+ + A-
כאשר מוסיפים בסיס חזק או חומצה חזקה לתמיסה רגילה, ה-pH משתנה מהר. בבופר ההוספה גורמת לתגובות שמחזירות חלק מהשינוי: אם מורידים יוני H3O+ (כלומר מורידים חומציות) החומצה תתפרק יותר ותייצר H3O+ שחוזר ומאזן את ה-pH.
קבוע הפירוק של החומצה, Ka, מתאר את שיווי המשקל הזה. ערך מקביל שהוא נוח יותר הוא pKa, שנקבע כ־-log(Ka). ה-pH שבו בופר עובד בצורה הטובה ביותר קרוב ל-pKa שלו.
מושג נוסף הוא קיבול הבופר. זהו המספר המולים של חומצה חזקה או בסיס חזק שצריך להוסיף לליטר של בופר כדי לשנות את ה-pH ביחידה אחת.
דוגמה מכנית: בבופר של חומצה אצטית עם pKa=4.76, הוספת 0.005 מול NaOH לליטר משנה את ה-pH רק מעט, מ‑4.76 ל‑4.80. אך אותה כמות בתמיסה חומצית רגילה תשנה את ה-pH בהרבה. לכל בופר יש טווח pH שבו הוא יעיל; מחוץ לטווח זה ההתנגדות לשינוי דועכת.
משוואת הנדרסון־האסלבאך מקשרת בין pH ליחס הריכוזים של הבסיס והחומצה:
pH = pKa + log([A-]/[HA])
משוואה זו נכונה בקירוב ברוב המקרים והיא שימושית לחישוב pH של בופרים. ניתן להשתמש בה כדי להעריך שינויי pH כשהריכוזים משתנים.
קיימים בופרים רבים בשימוש תעשייתי ובמעבדות מחקר. חברות מייצרות תערובות בופר שונות, וכל אנזים עשוי לקבל בופר מותאם לתנאי הפעולה שלו.

בוּפר היא תמיסה שמונעת שינוי גדול בחומציות שלה. חומציות מודדים ב-pH. pH אומר כמה תמיסה חומצית או בסיסית.
בופר בדרך כלל מכיל חומצה חלשה ומלח שלה. דוגמה פשוטה היא חומצה אצטית (חומצה של החומץ) ויוני אצטט (המלח שלה).
בגוף הבופרים שומרים על pH יציב. זה חשוב כי חלבונים ועצבים צריכים pH מתאים כדי לעבוד. אם ה-pH משתנה, החלבונים עלולים לא לעבוד טוב.
בדם יש בופר חשוב שנקרא מערכת הביקרבונט. הוא נוצר כשפחמן דו־חמצני (גז גוף) מתמזג עם מים. לכן נשימה משפיעה על pH בדם.
הבופר פועל כמו ספוג כימי. אם מוסיפים חומצה או בסיס, החומרים בבופר תופסים או משדרים יונים, וכך מונעים שינוי גדול ב-pH.
מילה מסובכת: pKa. זהו הערך שבו הבופר עובד הכי טוב. עוד מילה: קיבול בופר. זה אומר כמה חומצה או בסיס צריך להוסיף כדי לשנות את ה-pH ביחידה אחת.
יש נוסחה שמקשרת בין pH ליחס בין הבסיס והחומצה. שם הנוסחה הוא הנדרסון־האסלבאך. היא עוזרת לחשב pH בבופר.
במעבדות מייצרים בופרים מיוחדים לשימוש עם אנזימים. לדוגמה אנזימים שמשתמשים בו בתהליכים כמו PCR מגיעים עם בופר מותאם לעבודה שלהם.