依数性的应用

稀溶液的依数性在科学实践中有着重要的作用。如前所述及，在不同的条件下，可以分别利用稀溶液的沸点升高、凝固点降低以及产生的渗透压来测定某些物质的摩尔质量，方法简捷实用，且有一定精确度。也可以利用稀溶液凝固点降低的原理制作防冻剂和制冷剂。特别是渗透压和渗透现象，与医学的关系尤为密切，下面着重加以介绍。

（一）渗透压在医学上的意义

生命的存在与渗透平衡有着极为密切的关系，因此渗透现象很早就引起生物学家的注意。动植物都是由无数细胞所组成的，细胞膜均具有奥妙的半透膜功能。细胞膜是一种很容易透水，而几乎不能透过溶解于细胞液中的物质的薄膜。例如，若将红血球放进纯水，在显微镜下会看到水穿过细胞壁而使细胞慢慢肿胀，直到最后破裂；若将细胞放进浓糖水溶液时，水就向相反方向运动，细胞因此渐渐地萎缩。又如，人们在游泳池或河水中游泳时，睁开眼睛，很快就会感到疼痛，这是因为眼睛组织的细胞由于渗透而扩张所引起的；而在海水中游泳，却没有不适之感，这是因为海水的浓度很接近眼睛组织的细胞液浓度。正是因为海水和淡水的渗透压不同，海水鱼和淡水鱼才不能交换生活环境，否则将会引起鱼体细胞的肿胀或萎缩而使其难以生存。又如，医学上使用的人工肾也与渗透现象有关，它是一种特殊的渗析装置，可以从肾衰竭或尿毒症患者血液中脱除代谢产物，对体内的酸碱和电解质平衡起调节作用，从而缓解病情。为了进一步研究渗透压与生物的关系，下面介绍渗透浓度的概念。

1.渗透浓度

生物体液（如血浆、细胞内液等）的渗透压是由溶于体液中的各种溶质粒子（分子和离子）的浓度决定的，这些粒子叫做渗透活性物质，其浓度叫做渗透浓度，定义为：溶液中能产生渗透作用的溶质粒子（分子和离子）的总物质的量浓度。其单位通常用mmol·L^—1表示。一个Na+离子和一个蔗糖分子，它们所产生的渗透压是相同的。这样，式（4-12）中的c_B，在这里就是渗透浓度。表4-3列出了正常人血浆中各种渗透活性物质的渗透浓度。

表4-3中血浆渗透浓度表示在每升血浆中含有303.7mmol的渗透活性物质，它近似地等于各种渗透活性物质粒子的渗透浓度总和。

表4-3 正常人血浆中各种渗透活性物质的渗透浓度

【例4-13】计算输液用的50g·L—1葡萄糖和9g·L—1NaCl溶液的渗透浓度。

解：葡萄糖溶液渗透浓度为：

NaCl溶液中渗透活性物质为Na⁺离子和Cl⁺离子，因此其渗透浓度为：

2.等渗、高渗和低渗溶液

渗透压相等的两种溶液，称为等渗溶液。对于渗透压不等的两种溶液，相对而言，渗透压高的称为高渗溶液，渗透压低的称为低渗溶液。【在医疗实践中，溶液的等渗、低渗或高渗是以血浆总渗透压为标准，即溶液的渗透压与血浆总渗透压相等的溶液为等渗溶液，溶液的渗透压低于血浆总渗透压的溶液为低渗溶液，溶液的渗透压高于血浆总渗透压的溶液为高渗溶液】。临床上常用的等渗溶液有：①生理盐水（0.15mol·L^—1NaCl溶液），渗透浓度为308mmol·L^—1。②0.278mol·L^—1葡萄糖溶液，渗透浓度为278mmol·L^—1。③0.149mol·L^—1碳酸氢钠溶液，渗透浓度为298mmol·L^—1，等等。临床上为病人输液必须用等渗溶液。

3.晶体渗透压与胶体渗透压

血浆等生物体液是电解质（如KCl、NaHCO₃等）、小分子物质（如葡萄糖、尿素等）和高分子物质（蛋白质）溶解于水而成的复杂混合物。在医学上，把电解质、小分子物质所产生的渗透压叫做晶体渗透压，而把高分子物质产生的渗透压叫做胶体渗透压。在100ml血浆中，含有小分子物质0.75g，含有蛋白质等大分子物质7g。虽然小分子物质含量少，但由于其摩尔质量小，电解质又以离子形式存在，所以在单位体积血浆中，离子数目仍较多，由此产生的晶体渗透压就高。例如在37℃时，正常人的血浆的总渗透压为776kPa，其中晶体渗透压的贡献为772kPa，占99.5%，而胶体渗透压为3.8kPa，只占0.5%。

由于生物半透膜（如细胞膜和毛细血管壁）对各种溶质的通透性不相同，因此，晶体渗透压和胶体渗透压有着不同的生理功能。

（1）血浆和细胞间液之间水的转移 血浆和细胞间液之间有一层作为半透膜的毛细血管壁，蛋白质等大分子不易透过此壁，而其他小分子物质如水、离子等均能自由透过，故血管内外渗透压差异主要为胶体渗透压的差异。如果因某种原因人体内的血浆蛋白减少，引起血浆胶体渗透压降低，则血浆内的水就会通过毛细管壁进入细胞间液。可见，胶体渗透压虽小，但对于调节血管内外体液中水分起着重要作用。

（2）细胞间液和细胞内液之间水的转移 细胞膜可看作是功能极其复杂的半透膜。除了蛋白质等大分子物质不能透过外，很多小分子物质和离子也不能自由透过。由于晶体渗透压远大于胶体渗透压，因此，晶体渗透压是决定细胞间液和细胞内液水分转移的主要因素。由于水可以透过细胞膜，正常情况下细胞内外液的晶体渗透压基本相等。如果人体由于某种原因缺水时，细胞外液中盐浓度相对升高，晶体渗透压增大，于是细胞内液水分通过细胞膜向细胞外液渗透，造成细胞失水皱缩。如果大量输入低渗葡萄糖溶液，则使细胞外液盐浓度降低，晶体渗透压减小，细胞外液的水分子向细胞内渗透，引起细胞肿胀。可见晶体渗透压在调节细胞内外水分方面起着重要作用。

（二）反渗透技术

前面讨论溶液的渗透压时已知，当溶液与纯水被半透膜隔开之后，若在溶液一侧外加一个大小与渗透压相等的压力，就可以阻止渗透作用的进行。如果外加压力大于渗透压，则水将从溶液向纯水方面运动，这种使纯溶剂通过半透膜从溶液中被压出来的过程叫做反向渗透。利用反向渗透可以从海水中提取淡水，也可以净化被可溶性污物严重污染的废水。研究表明，用反向渗透技术淡化海水所需的能量仅为蒸馏法所需能量的30%，所以该法很有发展前途。反向渗透技术的主要问题在于寻找一种高强度的耐高压半透膜，因为绝大多数的细胞膜或各种较大的植物或动物膜都是易碎的，承受不住很高的渗透压。现已研制出由尼龙或醋酸纤维制成的合成薄膜用于反向渗透技术装置。在国外使用该装置的工厂每天可生产数千吨淡水。