Der pH-Wert ist ein Maß für die Wasserstoffionenkonzentration in einer Lösung. Die meisten biochemischen und chemischen Reaktionen sind pH-empfindlich, weshalb genaue pH-Messung und Pufferherstellung eine Voraussetzung für reproduzierbare Ergebnisse sind.

Die pH-Elektrode

Die Standard-pH-Elektrode ist eine Kombinationselektrode, die eine Glasmembran enthält, die ein zur Wasserstoffionenaktivität proportionales Potenzial entwickelt. Dieses Potenzial wird gegen eine interne Referenzelektrode gemessen. Das Messgerät wandelt die Spannung in einen pH-Wert um.

Für genaue Messungen kalibrieren Sie die Elektrode täglich mit mindestens zwei Puffern (typischerweise pH 4,0, 7,0 und 10,0). Die Kalibrationssteigung sollte zwischen 95–102 % der theoretischen Nernst-Steigung (59,16 mV/pH bei 25 °C) liegen.

Elektrodenpflege

Lagern Sie Elektroden in Aufbewahrungslösung oder pH-4-Puffer — niemals in destilliertem Wasser, das Ionen aus der Glasmembran auslaugt. Wenn die Reaktion träge wird, reinigen Sie die Elektrode mit 0,1 M HCl gefolgt von 0,1 M NaOH, spülen und kalibrieren Sie neu.

Rühren Sie die Lösung beim Messen sanft und warten Sie, bis sich der Messwert stabilisiert. Die Temperatur beeinflusst sowohl die Elektrodenreaktion als auch das Puffergleichgewicht — messen Sie immer bei derselben Temperatur wie die Kalibrierpuffer oder verwenden Sie ein Messgerät mit automatischer Temperaturkompensation.

Puffertheorie

Ein Puffer widersteht pH-Änderungen, indem er eine schwache Säure und ihre konjugierte Base enthält. Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung beschreibt die Beziehung:

pH = pKa + log([A⁻]/[HA])

Der Puffer ist am effektivsten innerhalb von ±1 pH-Einheit seines pKa-Wertes. Für maximale Kapazität sollten die Konzentrationen der Säure und der konjugierten Base etwa gleich sein.

Gebräuchliche Laborpuffer

• Phosphat (pKa₂ ≈ 7,2): weit verbreitet für biologische Tests, kann aber mit zweiwertigen Kationen ausfallen.
• Tris (pKa ≈ 8,07 bei 25 °C): üblich in der Molekularbiologie; sein pH-Wert ist stark temperaturabhängig (ΔpKa/°C ≈ −0,028).
• HEPES (pKa ≈ 7,55): ein Good-Puffer mit minimaler Metallbindung, ideal für Zellkultur.
• Acetat (pKa ≈ 4,76): verwendet für DNA-Extraktion und Chromatographie.
• Citrat (pKa ≈ 3,13, 4,76, 6,40): nützlich über einen breiten sauren Bereich.

Herstellung eines Puffers

Wiegen Sie die berechnete Masse des Puffermittels ab, lösen Sie es in etwa 80 % des Endvolumens destilliertem Wasser, stellen Sie den pH-Wert unter Rühren mit HCl oder NaOH ein, füllen Sie dann auf das Endvolumen auf. Stellen Sie den pH-Wert immer bei der Arbeitstemperatur ein und bestätigen Sie den pH-Wert nach dem Auffüllen.