Ранее мы отметили, что несоответствие кислотности среды условиям проведения реакции является фактором, понижающим чувствительность реакций. Действительно, реакции протекающие с вытеснением водорода, уменьшают рН раствора, что приводит к сдвигу равновесия химической реакции в обратную сторону (принцип Ле Шателье). Таким образом, образующийся осадок вновь растворяется, осаждение не является количественным, часть ионов остается в растворе:

H⁺ + KtOH ® Kt⁺ + H₂O

Поэтому так необходимо строго поддерживать соответствующие условия осаждения на протяжении всей реакции. Заметим, однако, что при смешивании растворов или их разбавлении происходят резкие изменения рН раствора. Очевидно, что реакции осаждения катионов необходимо  проводить в таких условиях, чтобы концентрация ионов водорода на протяжении всей реакции сохранялась определенной и неизменной при разбавлении или при добавлении к реакционной смеси небольших количеств сольных кислот или оснований.

Для этого в реакционную смесь вводят так называемый буферный раствор, компоненты которого будут оказывать буферное действие –  связывать избыток ионов водорода (образуя слабую кислоту или слабое основание) или поставлять в раствор недостающее их количество (вследствие диссоциации слабой кислоты или слабого основания). Таким образом, буферные растворы – это растворы, содержащие слабую кислоту и ее соль или слабое основание и его соль.

В качестве примера рассмотрим уксуснокислый буферный раствор – смесь уксусной кислоты CH₃COOH и ацетата натрия CH₃COONa. Хорошо растворимая соль диссоциирует практически нацело, слабая  кислота диссоциирует частично с соответствующей ей константой диссоциации (К):

(1)           CH₃COONa Þ CH₃COO^- + Na⁺

(2)           CH₃COOH Û CH₃COO^- + H⁺

Тогда общая концентрация ацетат-ионов в растворе [CH₃COO^-]_общ будет складываться из концентраций, привнесенных солью [CH₃COO^-]₁ и кислотой [CH₃COO^-]₂. Концентрация ацетат-ионов [CH₃COO^-]₁ равна исходной концентрации соли CH₃COONa, а концентрация ацетат-ионов [CH₃COO^-]₂, в свою очередь, равна концентрации ионов водорода [H⁺]:

[CH₃COO^-]_общ = [CH₃COO^-]₁ + [CH₃COO^-]₂ = с_соли + [H⁺];

с_{кислоты} = [CH₃COOH] + [CH₃COO^-]₂ = [CH₃COOH] + [H⁺]

Следовательно: 

K== .

Если исходные концентрации компонентов буферного раствора составляют ~ 1моль, а в растворе слабой кислоты [H⁺] < 10^-4, то уравнение константы диссоциации существенно упрощается:

K»     или        [H⁺] = K*.

То есть, концентрация ионов водорода зависит только от соотношения кислоты и ее соли в растворе и не зависит от разбавления. При равных исходных концентрациях уксусной кислоты и ацетата натрия:

[H⁺] = K = 1,8*10^-5 моль/л;               рН = – lg[H⁺] = 4,74.

В некоторых случаях растворы индивидуальных солей также оказывают буферное действие. Так, раствор буры (Na₂B₄O₇^.10H₂O) сохраняет рН » 9,2, а раствор битартрата калия (KHC₄H₄O₆) сохраняет рН » 9,2 при разбавлении их растворов. Это буферное действие объясняется гидролизом данной соли в воде. В результате, в растворе присутствуют  слабое основание и его соль (B(OH)₃ и Na₂B₄O₇) или слабая кислота и ее соль (H₂C₄H₄O₆ и KHC₄H₄O₆):

Na₂B₄O₇ + 2 H₂O Û 2 NaOH + H₂B₄O₇;

H₂B₄O₇ + 2 H₂O Û 4 H₃BO₃ Û 4 B(OH)₃ (слабое основание);

KHC₄H₄O₆ +  H₂O Û KOH + H₂C₄H₄O₆ (слабая кислота).

Различные буферные смеси оказывают неодинаковое буферное действие. Буферные смеси различают по способности оказывать сопротивление действию кислот и оснований, вводимых в раствор в одинаковых количествах. Эта сопротивляемость называется буферной емкостью (p). Буферная емкость характеризуется количеством вещества (молей) сильной кислоты (или основания), которое требуется ввести в 1 литр буферного раствора, чтобы изменить рН на единицу:

p =  = 2,3*,

где с = [HA] +[A^-]

Несложно рассчитать максимальную буферную емкость:

p_max = 2,3* = 0,58*c,

т.е.

[Н⁺] = K_HA.

Буферная емкость проявляется в достаточно узкой области pH:

РН = pK ± 1.

Для успешного применения буферного раствора необходимо помнить о том, что не всякая смесь пригодна для данного анализа, она должна удовлетворять определенному качественному составу, а ее компоненты должны присутствовать в растворе в определенных количествах.