滲透壓是溶液依數性的一種。從溶液的熱力學性質可知,溶液中溶劑的化學勢比純溶劑的小,當溶液與純溶劑用一個半透膜隔開,半透膜可使藥物溶液中的溶劑分子自由通過,而藥物分子不能通過。如果半透膜的一側為藥物溶液,另一側為溶劑,則半透膜兩側溶劑的化學勢不等,溶劑分子經過半透膜進入溶液中,使溶液液面升高而產生液柱壓強,溶液隨著溶劑分子滲入而壓強逐漸增加,其溶劑的化學勢亦增加,最后達到與純溶劑化學勢相同,即滲透平衡。此時兩側所產生壓力差即為溶液的滲透壓(osmotic pressure)。
理想狀態下的Van't Hoff滲透壓公式:
π/C = RT/M
實際上,當濃度不同的溶液用此半透膜隔開時,溶劑就會通過半透膜由低濃度向高濃度溶液擴散,這種現象稱之為滲透,阻止滲透所需施加的壓力稱之為滲透壓。
采用半透膜可以直接測定滲透壓,但是,對于低分子藥物采用半透膜直接測定滲透壓比較困難,故通常采用測量藥物溶液的冰點下降值來間接測定。這一方法所依據的理論是物理化學溶液理論之拉烏爾冰點原理,即任何溶液,如果其單位體積所溶解的溶質的顆粒總數相同,則引起溶液冰點下降的數值亦相同。
滲透壓測定以溶液冰點下降值與溶液的摩爾濃度成比例關系為基礎。對于水溶液,在從液態向固態冷卻變化過程中,溫度雖已達到結冰點、甚至超過結冰溫度,而不發生結冰的現象稱之為“過冷現象"。這時液體是極不穩定的,達到一定的振動可觸發其立刻結晶而變為固態。由于分子能量突然由高能態變為低能態,多余的能量就會以熱的形式釋放出來,稱為晶化熱。由于晶化熱的存在、使過冷的溶液在結冰形成瞬間產生溫度回升現象。溶液在結冰后有一段溫度平穩的時間,即冰點溫度穩定時間出現,這段平穩的溫度稱之為測量之冰點。測量中,根據溫度曲線得出結果。
冰點測定公式如下:
△T=Km
式中,K為冰點降低常數,溶劑不同,K值不同,對水溶劑K=1.86;m為滲透壓摩爾濃度。
習慣上,并不把摩爾濃度換算成滲透壓,而直接由冰點下降法測出的摩爾濃度稱為滲透壓摩爾濃度(mOsmol/kg),這是對溶液滲透壓的一種約定俗成的習慣表示法,各國藥典均采用此定義。l Osmol是6.022×l023個粒子在1kg溶液中存在的濃度。實際上,通常以毫滲透壓摩爾濃度(mOsmoL/kg)為單位,1000mOsmol= l Osmol。毫滲透壓摩爾濃度(mOsmol/kg)以每kg溶液中溶質的毫滲透壓摩爾來表示,即:
毫滲透壓摩爾濃度(mOsmol/kg)=[溶質的質量(g/kg)/分子量]×n×1000
式中,n為溶質分子溶解時生成的離子,在理想溶液中葡萄糖n=1,氯化鈉或n=2,氯化鈣n=3,n=4。
需要指出的是,等張溶液(isotonic solution)是指與紅細胞張力相等,也就是與細胞接觸時使細胞功能和結構保持正常的溶液,所以等張是一個生物學概念。滲透壓只是維持細胞正常狀態諸多因素之一,因此等滲和等張是不同概念。
生物膜,例如人體的細胞膜或毛細管壁,一般均具有半透膜的性質,進入人體的注射劑、滴眼劑等應制成等滲溶液,正常人血漿滲透壓通常為280~3l0 mOsmol/kg。因此,滲透壓對注射液、、輸液等劑型具有重要意義,測定滲透壓對輸液療法的監護和藥物的藥理分析等,也具有一定的指導意義。并且滲透壓測定的意義,目前還無其它項目所能代替。