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溶液的滲透壓
閱讀：355 發布時間：2013-2-21溶液的滲透壓 滲透作用是自然界的一種普遍現象，它對于人體保持正常的生理功能有著十分重要的意義。下面討論滲透作用的基本原理、滲透壓及其在醫學上的意義。
一、滲透現象和滲透壓
在蔗糖濃溶液上小心加入一層清水，水分子即從上層滲入下層，蔗糖分子也由下層涌入上層，直到蔗糖溶液的濃度均勻為止。一種物質的粒子自發地分布于另一種物質中的現象稱為擴散。
如果將蔗糖水溶液與水用半透膜隔開（圖1-2甲），使膜內和膜外液面相平，靜置一段時間后，可以看到膜內溶液的液面不斷上升（圖1-2乙），說明水分子不斷地透過半透膜進入溶液中。溶劑透過半透膜進入溶液的自發過程稱為滲透現象。不同濃度的兩種溶液被半透膜隔開時都有滲透現象發生。
溶液的滲透壓半透膜是一種只允許某些物質透過，而不允許另一些物質透過的薄膜。上面實驗中的半透膜只允許水分子透過，而蔗糖分子卻不能透過。細胞膜、膀胱膜、毛細血管壁等生物膜都具有半透膜的性質。人工的火棉膠膜、玻璃紙等也具有半透膜的性質。
上述滲透現象產生的原因是蔗糖分子不能透過半透膜，而水分子卻可以自由通過半透膜。由于膜兩側單位體積內水分子數目不等，水分子在單位時間內從純水（或稀溶液）進入蔗糖溶液的數目，要比蔗糖溶液中水分子在同一時間內進入純水（或稀溶液）的數目多，因而產生了滲透現象。滲透現象的產生必須具備兩個條件：一是有半透膜存在，二是半透膜兩側必須是兩種不同濃度的溶液。
圖1-2是滲透過程的示意圖，圖中v入表示水分子進入半透膜內的速度，v出表示膜內水分子透出到膜外的速度。甲表示滲透剛開始，乙表示滲透不斷進行，管內液面不斷上升。但是液面的上升不是無止境的，而是達到某一高度時便不再上升（圖1-2丙），此時，v入=v出,滲透達到平衡狀態即滲透平衡。阻止純溶劑向溶液中滲透，在溶液液面上所施加的壓力為該溶液的滲透壓。
如果被半透膜隔開的是兩種不同濃度的溶液，這時液柱產生的靜液壓，既不是濃，也不是稀，而是這兩種溶液滲透壓之差。
滲透壓的單位用Pa或kPa表示。
滲透壓是溶液的一個重要性質，凡是溶液都有滲透壓。滲透壓的大小與溶液的濃度和溫度有關。
二、滲透壓與濃度、溫度的關系
1886年范特荷甫（van’t Hoff）根據實驗數據得出一條規律：對稀溶液來說，滲透壓與溶液的濃度和溫度成正比，它的比例常數就是氣體狀態方程式中的常數R。這條規律稱為范特荷甫定律。用方程式表示如下：
πV=nRT
或π=cRT（1-5）
式中π為稀，V為溶液的體積，c為溶液的濃度，R為氣體常數，n為溶質的物質的量，T為溫度。
式（1-5）稱為范特荷甫公式，也叫滲透壓公式。常數R的數值與π和V的單位有關，當π的單位為kPa，V的單位為升（L）時，R值為8.31kPa•L•K-1•mol-1。
范特荷甫公式表示，在一定溫度下，與單位體積溶液中所含溶質的粒子數（分子數或離子數）成正比，而與溶質的本性無關。
對于稀溶液，c近似于質量摩爾濃度，因此上式又可寫成
π＝mBRT
對于相同cB的非電解質溶液，在一定溫度下，因為單位體積溶液中所含溶質的粒子（分子）數目相等，所以滲透壓是相同的。如0.3mol•L-1葡萄糖溶液與0.3mol•L-1蔗糖相同。但是，相同cB的電解質溶液和非電解質則不相同。例如，0.3mol.L-1NaCl約為0.3mol.L-1葡萄糖溶液滲透壓的2倍。這是由于在NaCl溶液中，每個NaCl粒子可以離解成1個Na+和1個Cl－。而葡萄糖溶液是非電解質溶液，所以0.3mol•L-1NaCl約為0.3 mol•L-1葡萄糖溶液的2倍。
由此可見，滲透壓公式中，對電解質溶液來說，濃度cB（或mB）是1升溶液中能產生滲透效應的溶質分子與離子總物質的量，稱為滲透物質的量濃度。
通過測定，可以計算溶質的相對分子質量。如果溶質的質量為m，摩爾質量為M。實驗測得為π，則該溶質的相對分子質量（數值等于摩爾質量）可通過下式求得：
（1-6）
式（1-6）主要用于測定高分子（蛋白質等）的相對分子質量。
滲透壓公式在醫療工作中有其現實意義。人體血液的滲透壓在正常體溫（37℃）時約為769.9kPa。要配制與血液滲透壓相等的溶液，即可由滲透壓公式計算出溶液的濃度。
三、滲透壓在醫學上的意義
（一）等滲、低滲、高滲溶液
滲透壓相等的兩種溶液稱為等滲溶液。滲透壓不同的兩種溶液，把滲透壓相對高的溶液叫做高滲溶液，把滲透壓相對低的溶液叫做低滲溶液。對同一類型的溶質來說，濃比較大，稀比較小。因此，在發生滲透作用時，水會從低滲溶液（即稀溶液）進入高滲溶液（即濃溶液），直至兩達到衡為止。
在醫療實踐中，溶液的等滲、低滲或高滲是以血漿總滲透壓為標準。即與血漿總滲透壓相等的溶液為等滲溶液。低于血漿總滲透壓的溶液為低滲溶液。高于血漿總滲透壓的溶液為高滲溶液。
給傷病員進行大量補液時，常用與血漿等滲的0.154mol•L-1 NaCl溶液（生理鹽水），而不能用0.256 mol•L-1NaCl的高滲溶液或0.068 mol•L-1NaCl的低滲溶液。這是與血漿滲透壓有關的問題。下面討論紅細胞分別在這三種NaCl溶液中所產生的現象。
將紅細胞放到0.068 mol•L-1 NaCl溶液中，在顯微鏡下可以看到紅細胞逐漸膨脹，zui后破裂。醫學上稱這種現象為溶血。這是因為紅細胞內液的滲透壓大于0.068mol·L-1NaCL溶液滲透壓,因此,水分子就要向紅細胞內滲透,使紅細胞膨脹,以致破裂.如將紅細胞放到0.256mol·L-1NaCL溶液中,在顯微鏡下可以看到紅細胞逐漸皺縮,這種現象稱為胞漿分離.因為這時紅細胞內液的滲透壓小于0.256mol·L-1NaCL,因此,水分子由紅細胞內向外滲透,使紅細胞皺縮.如將紅細胞放到生理鹽水中,在顯微鏡下看到紅細胞維持原狀.這是因為紅細胞與生理鹽水滲透壓相等,細胞內外達到滲透平衡的緣故.圖1-3為細細胞在不同濃度NaCL溶液中的形態圖。
在醫療工作中，不僅大量補液時要注意，就是小劑量注射時，也要考慮注射液的滲透壓。但臨床上也有用高滲溶液的，如滲透壓比血漿高10倍的2.78mol·L-1葡萄糖溶液。因對急需增加血液中葡萄糖的患者，如用等滲溶液，注射液體積太大，所需注射時間太長，反而不易收效。需要注意，用高滲溶液作靜脈注射時，用量不能太大，注射速度不可太快，否則易造成局部高滲引起紅細胞皺縮。當高滲溶液緩緩注入體內時，可被大量體液稀釋成等滲溶液。對于劑量較小濃度較稀的溶液，大多是將劑量較小的藥物溶于水中，并添加氯化鈉、葡萄糖等調制成等溶液，亦可直接將藥物溶于生理鹽水或0.278mol·L-1葡萄糖溶液中使用，以免引起紅細胞破裂。
（二）毫滲透量濃度
人的體液中既有非電解質（如葡萄糖等），也有電解質（如NaCL,CaCL2,NaHCO3等鹽類）。為了表示體液總的滲透壓大小，醫學上常用毫滲透量濃度來比較，簡稱毫滲量·升-1，用mOsm·L-1表示。這種濃度是溶液中能產生滲透作用的溶質的粒子（分子或離子）的總物質的量濃度。