Осмотическая концентрация

Осмотическая концентрация , ранее известная как осмолярность , ^[1] — это мера растворенного вещества концентрации , определяемая как количество осмолей (Осм) растворенного вещества на литр (л) раствора (осмоль/л или осм/л). Осмолярность раствора обычно выражается как Osm/L (произносится как «осмолярный»), точно так же, как молярность раствора выражается как «М» (произносится как «молярный»). В то время как молярность измеряет количество молей растворенного вещества в единице объема раствора, осмолярность измеряет количество осмолей частиц растворенного вещества в единице объема раствора. ^[2] Эта величина позволяет измерить осмотическое давление раствора и определить, как растворитель будет диффундировать через полупроницаемую мембрану ( осмос ), разделяющую два раствора с разной осмотической концентрацией.

Единица

Единицей осмотической концентрации является осмоль . Это внесистемная единица измерения, определяющая количество молей растворенного вещества, влияющее на осмотическое давление раствора. Миллиосмоль мосмоль ( ) составляет 1/1000 осмоля. Микроосмоль мкОсм ( ) (также пишется как микроосмоль ) составляет 1/1 000 000 осмоля.

Типы растворенных веществ

Осмолярность отличается от молярности, поскольку она измеряет осмолярность частиц растворенного вещества, а не моль растворенного вещества. Различие возникает потому, что некоторые соединения могут диссоциировать в растворе, а другие — нет. ^[2]

Ионные соединения , такие как соли , могут диссоциировать в растворе на составляющие их ионы , поэтому между молярностью и осмолярностью раствора не существует однозначного соотношения. Например, хлорид натрия (NaCl) диссоциирует на Na. ⁺ и Cl ⁻ ионы. Таким образом, на каждый 1 моль NaCl в растворе приходится 2 осмоля частиц растворенного вещества (т.е. раствор NaCl с концентрацией 1 моль/л представляет собой раствор NaCl с концентрацией 2 осмоль/л). Ионы натрия и хлорида влияют на осмотическое давление раствора. ^[2]

Другим примером является хлорид магния (MgCl ₂ ), который диссоциирует на Mg. ²⁺ и 2Cl ⁻ ионы. На каждый 1 моль MgCl ₂ в растворе приходится 3 осмоля частиц растворенного вещества.

Неионогенные соединения не диссоциируют и образуют только 1 осмоль растворенного вещества на 1 моль растворенного вещества. Например, раствор глюкозы концентрацией 1 моль/л равен 1 осмоль/л. ^[2]

Несколько соединений могут способствовать осмолярности раствора. Например, раствор с плотностью 3 Осм может состоять из: 3 молей глюкозы, или 1,5 молей NaCl, или 1 моля глюкозы + 1 моль NaCl, или 2 молей глюкозы + 0,5 молей NaCl, или любой другой подобной комбинации. ^[2]

Определение

Осмолярность раствора, выраженная в осмолях на литр (осмоль/л), рассчитывается по следующему выражению: $\mathrm {osmolarity} =\sum _{i}\varphi _{i}\,n_{i}C_{i}$ где

$φ$ – осмотический коэффициент , учитывающий степень неидеальности раствора. В простейшем случае это степень диссоциации растворенного вещества. Тогда $φ$ находится в диапазоне от 0 до 1, где 1 указывает на 100% диссоциацию. Однако $φ$ также может быть больше 1 (например, для сахарозы). Для солей электростатические эффекты приводят к тому, $что φ$ становится меньше 1, даже если происходит 100% диссоциация (см. уравнение Дебая – Хюккеля );
$n$ — количество частиц (например, ионов), на которые диссоциирует молекула. Например: глюкозы у $n$ равно 1, а у NaCl $n$ = 2;
$C$ – молярная концентрация растворенного вещества;
индекс $i$ представляет собой идентичность конкретного растворенного вещества.

Осмолярность можно измерить с помощью осмометра , который измеряет коллигативные свойства , такие как снижение температуры замерзания , давление пара или повышение точки кипения .

Осмолярность и тоничность

Осмолярность и тоничность — связанные, но разные понятия. Таким образом, термины, оканчивающиеся на -осмотический (изоосмотический, гиперосмотический, гипоосмотический), не являются синонимами терминов, оканчивающихся на -тонический (изотонический, гипертонический, гипотонический). Эти термины связаны тем, что оба они сравнивают концентрации растворенных веществ в двух растворах, разделенных мембраной. Термины разные, поскольку осмолярность учитывает общую концентрацию проникающих и общую концентрацию труднопроникающих растворенных веществ непроникающих растворенных веществ, тогда как тоничность учитывает только . ^[3]^[2]

Проникающие растворенные вещества могут диффундировать через клеточную мембрану , вызывая мгновенные изменения объема клетки, поскольку растворенные вещества «тянут» за собой молекулы воды. Непроникающие растворенные вещества не могут проникнуть через клеточную мембрану; следовательно, движение воды через клеточную мембрану (т. е. осмос ) должно произойти, чтобы растворы достигли равновесия .

Раствор может быть как гиперосмотическим, так и изотоническим. ^[2] Например, внутриклеточная жидкость и внеклеточная могут быть гиперосмотическими, но изотоническими – если общая концентрация растворенных веществ в одном компартменте отличается от таковой в другом, но один из ионов может пересекать мембрану (иными словами, проникающее растворенное вещество). , втягивая за собой воду, таким образом, не вызывая общего изменения объема раствора.

В медицине

Осмолярность плазмы и осмоляльность

Осмолярность плазмы, осмолярность плазмы крови , можно рассчитать по осмоляльности плазмы по следующему уравнению: ^[4]

Осмолярность = осмоляльность

\times (ρ соль - c а)

где:

$ρ р$ — плотность раствора в г/мл, что для плазмы крови составляет 1,025 г/мл . ^[5]
$c a$ — концентрация ( безводного ) растворенного вещества в г/мл, не путать с плотностью высушенной плазмы.

Согласно ИЮПАК, осмоляльность представляет собой частное отрицательного натурального логарифма рациональной активности воды и молярной массы воды, тогда как осмолярность является произведением осмоляльности и массовой плотности воды (также известной как осмотическая концентрация). ^[1]

Проще говоря, осмоляльность — это выражение осмотической концентрации растворенного вещества на массу растворителя, тогда как осмолярность — на объем раствора (таким образом, преобразование производится путем умножения на массовую плотность растворителя в растворе (кг растворителя/литр раствора). ${\text{osmolality}}=\sum _{i}\varphi _{i}\,n_{i}m_{i}$

где $m i$ — моляльность компонента $i$ .

Осмолярность/осмоляльность плазмы важна для поддержания надлежащего электролитного баланса в кровотоке. Неправильный баланс может привести к обезвоживанию , алкалозу , ацидозу или другим опасным для жизни изменениям. Антидиуретический гормон (вазопрессин) частично отвечает за этот процесс, контролируя количество воды, которое организм удерживает из почек при фильтрации кровотока. ^[6]

Гиперосмолярность и гипоосмолярность

Концентрацию осматически активного вещества называют гиперосмолярной, если высокая концентрация вызывает изменение осматического давления в ткани, органе или системе. Точно так же говорят, что он гипооссмолярный, если осмолярность или осматическая концентрация слишком низка. Например, если осмолярность парентерального питания слишком высока, это может вызвать серьезное повреждение тканей. ^[7] Одним из примеров состояния, вызванного гипоосмолярностью, является водная интоксикация . ^[8]

См. также

Ссылки

DJ Тейлор, НПО Грин, GW Stout Biological Science

^ Перейти обратно: ^а ^б Макнот, AD; Уилкинсон, А.; Мел, SJ (1997). ИЮПАК. Сборник химической терминологии («Золотая книга») (2-е изд.). Оксфорд: Научные публикации Блэквелла. ISBN 0-9678550-9-8 . Проверено 23 января 2022 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Видмайер, Эрик П.; Хершел Рафф; Кевин Т. Стрэнг (2008). Физиология человека Вандера, 11-е изд . МакГроу-Хилл. стр. 108–12 . ISBN 978-0-07-304962-5 .
^ Костанцо, Линда С. (15 марта 2017 г.). Физиология . Предшественник: Костанцо, Линда С., 1947- (Шестое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. ISBN 9780323511896 . OCLC 965761862 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Мартин, Альфред Н.; Патрик Дж. Синко (2006). Физическая фармация и фармацевтические науки Мартина: физико-химические и биофармацевтические принципы в фармацевтических науках . Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 158. ИСБН 0-7817-5027-Х .
^ Шмуклер, Михаил (2004). Элерт, Гленн (ред.). «Плотность крови» . Справочник по физике . Проверено 23 января 2022 г.
^ Эрли, Ле; Сандерс, Калифорния (1959). «Влияние изменения осмоляльности сыворотки на высвобождение антидиуретического гормона у некоторых пациентов с декомпенсированным циррозом печени и низкой осмоляльностью сыворотки» . Журнал клинических исследований . 38 (3): 545–550. дои : 10.1172/jci103832 . ПМК 293190 . ПМИД 13641405 .
^ Панганибан, Дженнифер; Маскареньяс, Мария Р. (2021), «Парентеральное питание» , Детские заболевания желудочно-кишечного тракта и печени , Elsevier, стр. 980–994.e5, doi : 10.1016/b978-0-323-67293-1.00088-8 , ISBN 978-0-323-67293-1 , получено 10 мая 2024 г.
^ Дональдсон, Д. (1994), «Психические расстройства биохимического происхождения» , Научные основы биохимии в клинической практике , Elsevier, стр. 144–160, doi : 10.1016/b978-0-7506-0167-2.50013-3 , ISBN 978-0-7506-0167-2 , получено 10 мая 2024 г.

Внешние ссылки

Онлайн-калькулятор осмолярности/осмоляльности сыворотки

[gold_book-1] Перейти обратно: ^а ^б Макнот, AD; Уилкинсон, А.; Мел, SJ (1997). ИЮПАК. Сборник химической терминологии («Золотая книга») (2-е изд.). Оксфорд: Научные публикации Блэквелла. ISBN 0-9678550-9-8 . Проверено 23 января 2022 г.

[Widmaier-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Видмайер, Эрик П.; Хершел Рафф; Кевин Т. Стрэнг (2008). Физиология человека Вандера, 11-е изд . МакГроу-Хилл. стр. 108–12 . ISBN 978-0-07-304962-5 .

[3] Костанцо, Линда С. (15 марта 2017 г.). Физиология . Предшественник: Костанцо, Линда С., 1947- (Шестое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. ISBN 9780323511896 . OCLC 965761862 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[martin-4] Мартин, Альфред Н.; Патрик Дж. Синко (2006). Физическая фармация и фармацевтические науки Мартина: физико-химические и биофармацевтические принципы в фармацевтических науках . Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 158. ИСБН 0-7817-5027-Х .

[5] Шмуклер, Михаил (2004). Элерт, Гленн (ред.). «Плотность крови» . Справочник по физике . Проверено 23 января 2022 г.

[6] Эрли, Ле; Сандерс, Калифорния (1959). «Влияние изменения осмоляльности сыворотки на высвобождение антидиуретического гормона у некоторых пациентов с декомпенсированным циррозом печени и низкой осмоляльностью сыворотки» . Журнал клинических исследований . 38 (3): 545–550. дои : 10.1172/jci103832 . ПМК 293190 . ПМИД 13641405 .

[7] Панганибан, Дженнифер; Маскареньяс, Мария Р. (2021), «Парентеральное питание» , Детские заболевания желудочно-кишечного тракта и печени , Elsevier, стр. 980–994.e5, doi : 10.1016/b978-0-323-67293-1.00088-8 , ISBN 978-0-323-67293-1 , получено 10 мая 2024 г.

[8] Дональдсон, Д. (1994), «Психические расстройства биохимического происхождения» , Научные основы биохимии в клинической практике , Elsevier, стр. 144–160, doi : 10.1016/b978-0-7506-0167-2.50013-3 , ISBN 978-0-7506-0167-2 , получено 10 мая 2024 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]