渗透压基础知识

2019-03-18 13:27


1渗透压常识
1.1 什么是渗透压
将溶液和水置于U型管中,在U型管中间安置一个半透膜,以隔开水和溶液,可以见到水通过半透膜往溶液一端跑,假设在溶液端施加压强,而此压强可刚好阻止水的渗透,则称此压强为渗透压,渗透压的大小和溶液的重量摩尔浓度、溶液温度和溶质解离度相关,因此有时若得之渗透压的大小和其他条件,可以反推出溶质分子的分子量。
1.2 定性理解
溶液浓度越大,渗透压越大 
渗透压:水分子经半透膜进入蔗糖溶液,而溶质(这是蔗糖)不会透过半透膜。单位体积清水中的水分子比单位体积蔗糖溶液中的水分子多,所以在单位时间内水分子由烧杯透过半透膜进入漏斗内的数量多于水分子由漏斗进入烧杯中的数量。水分子总是从水多的地方到水少的地方,即从浓度低的溶液到浓度高的溶液。因此产生静水压力,如果在溶液的上方施加一个压力,其大小恰好阻止水分子的净渗入,这个压力产生的压强数值就是该溶液在该浓度下的渗透压(osmotic pressure),用符号π表示,单位:atm。
π的大小可用渗透计测定,或用渗透平衡时高出水面的溶液对下部产生的静水压力表示(h×s ×比重=体积× 比重)。也可用Vant Hoff提出的公式计算:
π=icRT或π=n/VRTπ
c=溶液的摩尔浓度;
i=等渗系数π是溶液的渗透压(kPa),
π是溶液的渗透压(kPa),V是溶液的体积(dm3),n是溶质的物质的量,R是摩尔气体常数。
隔以半透膜,一方为溶媒的水,另一方为溶液,水通过半透膜向溶液一方渗透。为阻止水的移动在溶液侧所加的压力称为渗透压。水的运动之所以停止,是该压力与通过膜的水的化学势能相等所致。重量克分子浓度Cs的溶液渗透压П,近似于П=CsRT(R:气体常数,T:绝对温度)。如用容积克分子浓度,能得到比理论值更大的实测值。液胞很发达的植物细胞,与细胞体积V之间存在着ПV=定值的关系;但在动物等细胞质多的细胞,从V中减去渗透不活性部分(非水相)的细胞容积时,上式也成立。在植物细胞,细胞质和细胞液保持渗透压平衡。细胞液的渗透压限定细胞质的含水量,而影响细胞质粘性等物理化学性质。此外渗透压还能使之产生膨胀压以调节细胞的生长和膨胀运动。细胞具有调节渗透压的作用,此称渗透压调节(osmoregulation)。就如动物体液那样,浸渍组织的内环境的渗透压,也具有很大的生理影响。渗透压可以用气压、冰点下降度(△)或者渗透克分子浓度等来表示。
1.3 渗透压的相关概念
所谓溶液渗透压,简单的说,是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目:溶质微粒越多,即溶液浓度越高,对水的吸引力越大,溶液渗透压越高;反过来,溶质微粒越少,即与无机盐、蛋白质的含量有关。在组成细胞外液的各种无机盐离子中,含量上占有明显优势的是Na+和Cl-,细胞外液渗透压的90%以上来源于Na+和Cl-。在37℃时,人的血浆渗透压约为770kPa,相当于细胞内液的渗透压。
1.3.1等压
等压溶液不会引起组织肿大,或当与组织接触时不会引起收缩。如果在眼睛,鼻道,或者灌输到肌体其他部分不会产生不快。
1.3.2低压
溶液中的营养成份浓度少于细胞中成份。当发生低压时,水进入血细胞室内引起细胞胀大,最后撑破细胞。如果肌体细胞承受不了上述水压,就会引起水中毒,导致肌肉痉挛或水肿。
1.3.3高压
溶液营养成份浓度比细胞浓度大该现象可以引起许多复杂并发症,例如高糖症,脱水等现象。
1.3.4渗透
渗透是指水分子从溶质少的溶液向溶质多的溶液扩散的现象。
1.4 渗透压在医学上的意义
溶液中能产生渗透效应的溶质粒子(分子、离子)统称为渗透活性物质。医学上常用渗透浓度(Osmolarity)来间接表示溶液渗透压的大小,它定义为渗透活性物质的量除以溶液的体积,单位为渗透摩尔每升(Osmol/L)或毫渗透摩尔每升(mOsmol/L)。它也反映了每升溶液中所含渗透活性物质的总质点数。渗透浓度可根据物质的量浓度来计算,计算过程中还应将非电解质和电解质加以区别。
如:0.1mol/L C12H22O11的渗透浓度为0.1 Osmol/L或100 mOsmol/L,而0.1mol/LNaCl的渗透浓度为0.2 Osmol/L或200 mOsmol/L。
2国家药典相关规定
《中国药典》2010年版第二部附录Ⅸ G(附录75页)渗透压摩尔浓度测定法中明确指出:“生物膜,例如人体的细胞膜或毛细血管壁,一般具有半透膜的性质,溶剂通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散的现象称为渗透,阻止渗透所需施加的压力,即为渗透压。
在涉及溶质的扩散或通过生物膜的液体转运各种生物过程中,渗透压都起着及其重要的作用。因此,在制备注射剂、液体型眼用制剂等药物制剂时,必须关注其渗透压。凡处方中添加了渗透压调节剂的制剂,均应控制其渗透压摩尔浓度。静脉输液、营养液、电解质或渗透利尿药(如甘露醇注射液)等制剂,应在药品说明书上标明其渗透压摩尔浓度,以便临床医生根据实际需要对所用制剂进行适当的处置(如稀释)。”
3 冰点与露点渗透压仪的不同技术特点
3.1 工作原理
冰点渗透压仪采用冰点低压原理进行测量,测试结果精确,重复性好,线性好。冰点低压技术是目前世界上绝大多数实验室公认的渗透压仪制作标准。
露点渗透压仪应用沸点升高原理,水蒸气压技术,将溶液加热使之蒸发,来测量样品渗透压,与冰点渗透压仪相比,测试结果不如冰点准确,重复性也较差。
3.2 日常维护
本点渗透压仪样品测试探针擦拭清洁简单为债,极少需要维护,使用寿命长。在正常使用情况下,最长可用十年或更长。
露点渗透压仪是利用热电偶凝结溶液样品被蒸发而产生的蒸气感应测量,每测试 100 个样品后需要清洗热电偶。仪器的维护工作量大,维护成本高。因热电偶在仪器内部,清洗时需要拆开仪器,而且热电偶很否易破碎,需要经常更换。
3.3 机械构造
冰点渗透压仪采用半导体制冷,利用半导体本身的物理性质不需要日常维护,而且寿命长。露点渗透压仪用电热丝加热,使用寿命与精度低于冰点渗透压仪。
3.4 应用领域
冰点渗透压仪设计主要应用于临床研究和检测哺乳动物的体液、血液、 尿液等与生命相关的液体,目前已被广大临床研究人员和药物研究人员所公认。
露点渗透压仪主要用于生态学方面的研究,适用于植物,无脊椎动物。
3.5检测对象
露点渗透压仪不能用来检测乙醋,乙醚等挥发性溶液的样品,尤其是受热易分解的样品,而冰点渗透压仪可以。
3.6 较准周期
冰点渗透压仪不需日常维护,校准周期长。 
露点渗透压仪需经常校准。 
4渗透压仪的应用
4.1 应用对象
l 输液剂 
l 血液、血清 
l 尿液 
l 医药产品 
l 等渗、高渗及低渗溶液 
l 用于生化及基因技术中的营养溶液剂
4.2 应用领域
渗透压仪可以作为有效并且可靠的药物筛选工具。同样,渗透压仪可以应用在法庭辨证和刑事犯罪现场,作为取证工具。例如,经常去俱乐部狂欢的青少年往往会在饮料中加入毒品,利用渗透压仪可以方便检测出是否在饮料中加入毒品。在环境检测中也可以用到渗透压仪。
4.2.1 制药(饮料)业
药品溶液通常作用于肌体的精细的膜,因此必须与肌体内的营养成分相同。
运动性药物(饮料)
在运动性药物中,渗透压是一个通用性测试可以提高药物质量。检测运动员的水化状态是渗透压仪主要用途。运动员经常面临脱水和热损耗,尤其是高温和很潮的天气。运动前后测量体重可以知道多少水分被消耗了。饮用营养性饮料,水和穿透气衣服可以减少运动员脱水机会。用渗透压仪检测运动员的尿样可以给出判断,当然也可以测量血液得到更加准确的指示。尿样的渗透压是一种准确指示水化变化和颠峰状态条件的。
眼药产品
通过维持关键的渗透压参数,可以预防玻璃体和渗透到眼睛溶液的形态变化。
紧急药物
渗透压仪的简单实用性可以很方便的用到紧急救护室内,用来检测液体治疗和外科手术回复的的反应。冰点法是渗透压用到该领域的主要方式,因为他们对很多物质都敏感。压渗透压仪不能读取挥发性气体成份,这样就丧失了毒理检测的有用信息。
4.2.2生物工程
提高组织培养的关键
为了能让组织细胞保持他们的最初的形态和功能,我们需要提供组织自然的生长条件。其申培养墨的渗透压是主要考虑的因素。例如在人体申,组织申的细胞被胞液及具他细胞包围。当将细胞从组织培养申取出放到塑料或者玻确表面时,仍需要有液体包围。放到外源环境时,如果渗透压不同,会引起渗透压休壳。渗透压休究能够引起细胞体积改变。研究表明即使微小的短期细胞体积变化都会影响细胞新陈代谢和基因表达。因此必须重视渗透压对细胞的影响。渗透压的测量可以提高组织培养率,经验表明有意识测量培养基的渗透压可以有效提高细胞产量。因为每次购买的培养基成份变化很大,因此都必须在使用前进行检测。由于细胞分离的密度成份总是维持在等压范围内,因此测量培养圣的渗透压可以显著提高组织培养。
控制参透压
1970 年怀俄明研究表明:哺乳动物血液渗透压和哺乳动物细胞培养基渗透压是非常重要的。该实验是经过很多实验结果证明统计来的。
4.2.3制造业
美国的 USP 公司要求测量注射用药的渗透压值,但是常规方法又得不到该值。 B.S.R. Murty,等人试图解决该问题,但最初其建立的方法只能用于含两种成份的溶液,后来使用了渗透压仪可以方便计算出该值。制药业,医院,药品制造商和营养学家都会经常使用渗透压仪。 该优点可以包含检测一致性,最小化外伤和最优化反应动力学。
4.2.4 内科病学
高参选压
渗透压实际反应的是真正渗透压。尿渗透压帮助确定渗透压是否有萌芽。 不恰当的 ADH 症状:血液和尿液渗透压值能够帮助决定是否 SIADH 存在正常病人的血液中。
ADH治疗
尿渗透压可以用来快速测量病人治疗反应。
糖尿病治疗
尿渗透压可以能够测量荷尔蒙因子的效果,并且能够提供快速疾病诊断。
膜岛素治疗
渗透压仪提供快速评价胰岛素治疗效果。
预警觉病人
渗透压能帮助评估肾功能p,液体平衡和电解质平衡。
胚胎学
渗透压是很重要的工具来确保接合卵和胚胎的工具,特别是在培养的前几天内。
4.2.5 外科治疗
超高/超低渗透压休克治疗
渗透压仪可以被用来检测冠状血管渗透压,避免过高渗透压休克症状。
电极液或者生理液的不平衡
渗透压提供快速的术后电极液或者生理液不平衡检测。在尿科手术中,计算出来的渗透压和测量的渗透压的差可以被用来指示液体流动吸收情况。
静脉治疗
渗透压低于800m0sm/1的溶液或混合液可通过周静脉给药。渗透压高于800m0sm/1的溶液或混合液应通过中心静脉给药。
肝移植
由于血液的流失或者输血往往导致渗透压的改变。
甘氨基酸摄取
长时间的外科手术可能导致液体的大量输入,最终导致渗透压的升高。
4.2.6 泌尿和肾脏科
肾功能衰减:尿液和血清的渗透压对里面的水分反应有很大影响:水分缺失,稀释等。
尿毒症
测量和计算后的渗透压差别能够指示血液中没有经过代谢的废物累计。一旦基本的电解质水平被确立,渗透压可以用来检测尿毒症病人渗透压。
渗透压
渗透压差异l可以在尿液和血液申计算得到,可以提供旱期病理提示。
肾透析
具有肾脏疾病的病人,如果血液的渗透压丹高说明需要进行透析。在治疗过程申,透忻渗透压可以检测过程。
肾功能
渗透压仪是测量血液和尿液必不可少的工具。可以检测多尿症,ADH和胰岛素。具有正常血液体积的病人,对他们的渗透压进行测定可以帮助建主一个SIADH诊断。用ADH诊断超渗透压时,渗透压仪可以提供快速结果。自由水的差别可以快速测量提供早期症状。渗透压仪能帮助区分糖尿病和组织发生病变的病人。通过自动电解质分析仪提供的数据,不能直接表明渗透压。相反,更多的信息必须通过渗透压差来提供识别。
 
5 操作注意事项
l 操作过程中一定要小心探头,因为探头是非常灵敏的元件,很容易遭到损坏。
l 使用仪器测量前须使制冷系统预热10min
l 所用电源符合115V/230V,180VA,50-60Hz标准
l 操作温度不要超过5℃~33℃范围
 
 6 冰点渗透压仪品牌推荐
 
品牌:德国罗泽(LOSER)公司    型号:OM819.C
参数如下:
样品容量: 100µl 或 50µl
测量时间: 约1.5分钟(100 µl)
重复性: 0-400mosm为±2mosm;
400-2500mosm为±0.5%
分辨率: 1mosm/kg H2O
测量范围: 0…2500mosm/ kgH O
显示单位: mosm/m℃/摩尔浓度比
测量内存: 200个测量结果,带样品编号
操作语言: 支持7种操作语言
电    源: 100-230VAC,约.85VA ( 55W)
尺    寸: 190mmx278mmx216mm
重    量: 约4.3 kg
本产品通过 CE认证
品牌:日本爱科来 (ARKRAY)公司  型号:OM-6060(全自动进样)
参数如下:
检测项目: 溶液的渗透压值(渗透压比率)
样本类型: 针剂药品、细胞培养液、血清、尿液等溶液
测量原理: 冰点下降法
测量范围: 0-2000 mosm (通过开关*2可将测量范围切换至0-2500 mosm)
测量重复性: 0-400mosm为±2mosm; 400-2000mosm为±0.5%
进样量: 200ul或更多
测量时间: 约2分钟/样本
每组样本数: 24个
校准方法: 3点校准(0, 300, 1000mosm: 分段线性拟合法),2点校准
数据存储量: 500个测量结果
屏幕显示: 24位字符,2行,背景光LCD,单位:mosm/kg H2O;
分辨率: 1mosm/kg H2O
内置打印机: 24空格热敏纸
外部输出: 兼容RS-232,2种通讯功能,以太网(可选)
工作环境: 温度:10-30℃   湿度:20-80%(无冷凝)
电源输入: 高达160VA
电源电压: AC 100V, 50/60Hz
尺    寸: 320x460x447 mm
重    量: 主机:18KG,转盘:3KG

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