溶液渗透压单位的探讨

溶液渗透压单位的探讨
李竹青;娄文华;石步根
【摘要】溶液的渗透压在生命科学、药学、临床医学等领域有着广泛的应用.针对溶液渗透压检测仪器及相关文献资料出版物所使用的计量单位不一致的问题,对溶液渗透压(渗透浓度)的单位表示方法从原理上进行分析,并探讨了体积渗透浓度和质量渗透浓度在应用中的优缺点,并给出了两者之间的换算关系,以便于量值的统一和溯源.
【期刊名称】《化学分析计量》
【年(卷),期】2009(018)005
【总页数】3页(P69-71)
【关键词】渗透压;渗透浓度;计量单位
【作者】李竹青;娄文华;石步根
【作者单位】济南市计量检定所,济南,250002;复旦大学附属上海医大仪器厂,上海,200032;复旦大学附属上海医大仪器厂,上海,200032
【正文语种】中文
在临床上测定血清或血浆、尿液、胃液、脑脊液、唾液、汗液及各种代血浆、注射液透析液、婴儿饮料、电镜固定液、组织细胞培养液等溶液的渗透压，对于研究水盐代谢平衡、评价肾功能紊乱、监护糖尿病、观察ADH内分泌失调、了解创伤、烧伤、休克、大手术后等外科危急病情的变化以及对人工透析、输液疗法的监护和
药物(尤其对中草药)的药理分析等，都有着广泛的应用。

目前，还无其它项目(如
比密)能代替渗透压的检测，笔者对于在临床上及仪器的检测与校准中所使用的渗
透压单位进行了探讨。

1 问题的提出
半透膜隔开的、有浓度差别的溶液，其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(os-mose)；为维持溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力称为渗透压(osmotic pressure)。

渗透压是溶液的一个重要性质，凡是溶液都有渗透压,渗透压的大小与溶液的浓度和温度有关。

溶液的渗透压仅与溶液中溶质的分子或离子的总数成正比，而与溶质的分子或离子的性质和大小无关。

换言之，对于任何溶液，只要其中溶质的分子或离子数量相等，无论这些溶质分子或离子是小分子的电解质还是大分子的蛋白质，均显示相等的渗透压。

不难看出，溶液的渗透压从本质上看，仅是反映溶液中溶质粒子浓度的变化。

正因为如此，习惯上人们所讲的溶液的渗透压，准确地应称其为渗透浓度(cOS)。

美、日、德等国的同类产品，都以渗透浓度作为计量单位，用Osm/kg表示。

而
渗透浓度有两种表达方式,即体积渗透浓度(osmolarity)和质量渗透浓度(osmolality)，这在渗透压测量仪器所使用的计量单位以及相关文献资料所使用的计量单位不尽相同，计量单位的文字术语表述也不尽相同。

表1为各国冰点渗透
压计使用计量单位情况，表2为国内部分文献资料对渗透压及计量单位的表述。

表1 各国冰点渗透压计使用计量单位情况国别公司仪器型号计量单位美国
FISKE2400mOsm/kgH2O德国GONOTEC030DmOsmol/kg日本NIKKISOOSA-22mOsm/kg中国上海医大仪器厂FM系列mOsm/kg
表2 国内部分文献资料对渗透压及计量单位的表述出版物文字表述计量单位中国
药典(2005版)渗透压摩尔浓度mOsmol/kg《内科学》陆再英，钟南山主编人民
卫生出版社，2008年1月第7版渗透压mOsm/L上海市地方标准DB31/198-
1997《隐形眼镜护理液》渗透压mOsm/kgH2O《医用化学》游文玮主编化学工业出版社，2002年第1版渗透压mmol/L《最新医学检验参考值手册》上海辞书出版社，2001年第1版渗量mOsm/kg(H2O)《临床输液学》王礼振主编人民卫生出版社，1998年第1版渗透压mmol/L《基础化学》魏祖期主编人民卫生出版社，2001年第5版渗透压力mmol/L国家标准GB3102．8-1993《物理化学和
分子物理学的量和单位》渗透压力Pa
全国自然科学名词审定委员会公布的《化学名词》(科学出版社，1991年第1版)中，将中文名词“渗透压”列入序码第04.0197，其英文名“osmotic pressure”。

国家标准GB3102.8-1993《物理化学和分子物理学的量和单位》中项目号8-26词条下，中文“渗透压力”的英文名称为“osmotic pressure”，其定义是“为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力”。

2 单位探讨
由阿伏加德罗常数知道，1 mol物质含6.023×1023个粒子，因此l g H+、23 g Na+、35.5 g Cl-、46 g乙醇或180 g葡萄糖在1 L溶液中均为l mol，它们都含有相同的颗粒数，即6.023×1023个粒子。

根据每升溶液中所含物质的量的不同，常用“mol/L”来表示该物质的量。

由于溶液的渗透浓度同样是与溶液中粒子的总数成正比，因此在表示渗透浓度时，又用渗摩尔、毫渗摩尔等名称。

对非电解质溶液，如葡萄糖溶液l mol=1 Osmol；而对电解质溶液，如氯化钠溶液l mol=2 Osmol，氯化钙l mol=3 Osmol，构椽酸钠1 mol=4 Osmol。

浓度的单位表示方法一般有两种，即物质的量浓度(molarity)和质量物质的量浓度(molality)；同样，渗透浓度的单位表示方法一般亦有两种，即体积渗透浓度(osmolarity)和质量渗透浓度(osmolality)。

体积摩尔是指将1摩尔溶质溶解在溶
剂中，然后再将该溶液稀释到1 L，溶质的浓度表示单位为l mol/L；而质量摩尔
是将1 mol溶质溶解在1 000 g溶剂中，溶质的浓度表示单位为l mol/kg；同样，对体积渗透浓度其溶质的浓度表示单位是1 Osmol/L，而对质量渗透浓度，其溶
质的浓度表示单位是1 Osmol/kg (H2O)，简称1渗量/千克(水)。

早期人们用计
量单位(Osm/kgH2O)表述，由于H2O不是计量单位，因此近年来国外仪器及资
料上大多用Osm/kg表示。

在医学临床上通常用其千分之一，即1 毫渗摩尔/千克，简称1 毫渗量/千克(mOsm/kg)。

由于1 kg水习惯上认为是1 L，因此也有不少人认为l Osm/L与l Osm/kg相等。

但是体积渗透浓度和质量渗透浓度是渗透浓度的两种不同的表示单位，对于同一溶液来讲，它可以用体积渗透浓度来表示，也可以用质量渗透浓度来表示。

在这种情况下，由于表示方法和单位不同，所得的数值也不一致。

这种差异与l mol物质与溶剂混合的方式和单位不同有关。

1体积摩尔是把1 mol的溶质溶在溶剂中，然
后再用溶剂稀释到1 L，其体积就是l L，不随1 mol溶质的体积大小而变化。

而
1质量摩尔系l mol的溶质溶解于1 000 g溶剂中，其体积并非1 L，随l mol溶
质的体积大小而变化。

这是物质的量浓度和质量物质的量浓度之间的第一个不同点。

另外，在特定溶剂中，1质量摩尔浓度溶液所含溶剂与溶质分子数目的比例是相同的。

例如，46 g乙醇及342 g蔗糖分别与1 000 g水混合所得溶液，则均为1质量物质的量浓度的溶液。

在这两种溶液中，乙醇分子数目与水分子数目之比以及蔗糖分子数目与水分子数目之比是相同的。

在乙醇和蔗糖的1质量物质的量浓度的溶液中，无论1 mol溶质分子所占体积是
多少，溶质的摩尔分数即溶质分子与溶剂和溶质分子之和的比值总是一常数，说明在同一溶液中不存在水含量的差别。

但在乙醇或蔗糖的1物质的量浓度的溶液中，即1 mol的乙醇和蔗糖被稀释成l L的溶液中，两种不同溶质所占的体积是不同的，也就是342 g蔗糖的体积较46 g乙醇的体积大数倍。

因此在乙醇溶液中，与1 mol溶质相对应的水分子数目亦比蔗糖溶液中的水分子数目多。

水含量的差别与
溶解的溶质所占的体积之差是相等的。

总之，用质量摩尔浓度表示的溶液可以使溶质与溶剂的分子之比固定在一定的比例上，也就是无论溶质分子所占的体积是多少，溶质分子与溶剂分子的比值总是一个常数。

而用物质的量浓度表示的溶液则不同，由于溶液中水分子的数目随着溶质分子所占的体积大小而变化，溶质与溶剂的分子之比则是一个变量。

由此可见，对同一溶液用上述两种不同的浓度单位表示的区别是溶质在溶液中所占体积的大小有无变化及由此而引起的水分子数目有无变化；而溶质在溶液中所占体积的变化又与溶质浓度的高低有密切关系。

当溶液的浓度极小时，溶质在溶液中所占的体积可忽略不计。

这样，将此微量的溶质溶解于1 kg水中所形成的溶液，其总体积仍可看作是1 kg水所占的体积值l L。

同样，当配制l L溶液时，由于极微量的溶质体积可忽略不计，所需加入的水也为
l L，也即为1 kg水。

由此可见，对同一溶液来讲，当其浓度极稀时，该溶质在溶液(当溶剂为水时)中所占的体积可以忽略不计，其物质的量浓度的数值近似地等于其质量物质的量浓度的数值。

在这种情况下，如用渗透浓度表示，则因物质的量浓度(cOS体积)的数值近似地等于质量摩尔浓度(cOS质量)的数值。

所以体积渗透浓度(OS体积)的数值也近似地等于质量渗透浓度(OS质量)的数值。

当溶剂为水时可表示为：c体积≈c质量,OS体积≈OS质量[1]。

但实际溶液浓度不是极小时，由于溶质所占的体积已达到不可忽略的程度，其物质的量浓度的数值与其质量物质的量浓度的数值并不相等，而且随着溶液浓度的增大，这种差异愈显著。

由此可见，两种不同的渗透浓度的表示单位，对于溶质浓度很小的溶液差别不大；但对于溶质浓度较大的溶液，则显示出较大的差别。

因此在实际应用中，区别这两种不同渗透浓度的含义和计算方法是非常重要的，否则会产生一定的误差导致医疗上错误，甚至造成“医源性疾病”。

3 两种渗透浓度的换算
3.1 由物质的量浓度换算为质量物质的量浓度
已知溶质在1 L溶液中的体积V1和溶剂的体积V0以及溶质的物质的量m(mol)，则溶液的物质的量浓度c体积(mol/L)可按式(1)计算：
(1)
由式(1)得：
m=c体积(V1+V0)
(2)
若溶剂的密度为ρ(kg/L)，则有：
(3)
设溶液的体积为V，在1 L溶液里溶质的体积为V1，溶剂的体积为
V0(V=V1+V0=1 L)。

医学临床上通常采用c质量的单位为mmol/kg,则：
(4)
同一溶液中相应的体积渗透物质的量浓度(mOsmol/L)与质量渗透物质的量浓度(mOsmol/kg)的换算关系为：
(5)
3.2 质量物质的量浓度换算为体积物质的量浓度
溶质溶于1 kg溶剂中，已知溶剂的体积为V0，溶剂的密度为ρ(kg/L)，溶液的质量物质的量浓度(c质量)可按式(6)计算：
(6)
由式(6)得：
m=c质量ρV0
(7)
医学临床上采用c体积,其单位为mmol/L，则：
(8)
同一溶液中相应的体积渗透物质的量浓度(mOsmol/L)与质量渗透物质的量浓度(mOsmol/kg)的换算关系为：
(9)
4 结论
(1)在医学临床上测定体液的渗透浓度时，美、日、德等国之所以都用质量渗透浓度(mOsm/kg )来表示，是由于用体积渗透浓度表示时，溶剂水在溶液中所占的体积受温度的影响，即体积随着温度的升高而增大。

而溶剂所占的体积增大导致其体积渗透浓度的相应减小；反之，则要导致其体积渗透摩尔浓度的相应增大。

(2)在临床上，渗透浓度表述的都是人体体液，如血、尿等，人体各种体液所处的环境温度(即人体体温)虽然在正常情况下维持在37℃水平上，但并非绝对的，对于不同对象和所处的不同生理状态，体温会在一定的范围内波动。

若用体积渗透浓度表示体液的渗透浓度，就必然受到体温这一变量的影响，若用质量渗透浓度来表示人体的体液渗透浓度，由于质量与温度不存在依赖关系，因此用质量渗透浓度来表示溶液的渗透浓度则更为合理。

参考文献
[1] 梁子钧，戴稼禾.体液渗透压测定在医学中的应用[M].北京：人民卫生出版社，1983：50-58.。