měření osmotického tlaku (osmometrie)

Pro měření osmotického tlaku existuje mnoho přístrojů různých konstrukcí. Osmometr v podstatě sestává ze dvou membránou oddělených prostorů - jednoho pro čisté rozpouštědlo, druhého pro disperzi. Zjišťuje se rozdíl tlaků mezi oběma prostory.

U klasických osmometrů (obr. 1) se měří hydrostatický tlak, který zastaví osmózu. Zjišťuje se měřením výšky hladiny ve svislé kapiláře, připojené k cele s roztokem (používá se kapiláry, aby se omezil vliv zředění roztoku pronikáním rozpouštědla; přitom je třeba buď korigovat výsledky na kapilární elevaci, nebo měřit rozdíl hladin mezi kapilárou v cele s roztokem a stejnou kapilárou připojenou k cele s rozpouštědlem). Rychlost ustavení rovnováhy je ovlivňována vlastnostmi membrány (poměr povrchu membrány a objemu roztoku), poloměrem měrné kapiláry i viskozitou rozpouštědla.

Je možno měřit statickou metodou nebo dynamickou metodou. Při statické metodě vyčkáme ustavení rovnováhy a změříme přetlak, který zastavil pronikání rozpouštědla. Vzhledem k dlouhé době trvání pokusů není tato metoda vhodná pro málo stabilní látky; ustavování rovnováhy může trvat velmi dlouho (i týden). Při dynamických metodách se nastaví rozdíl hladin nad nebo pod rovnovážnou hodnotu (např. přiváděním stlačeného plynu do jedné z cel) a měří se směr a rychlost pohybu menisku v kapiláře v závislosti na počátečním nastaveném rozdílu tlaků. Hodnota zjištěná extrapolací na nulovou rychlost pohybu menisku odpovídá rovnovážnému osmotickému tlaku. Na rozdíl od statických metod trvá ustavování rovnováhy v případě dynamických metod přibližně jen půl hodiny.

U uzavřených osmometrů (obr. 2) se rovnovážný rozdíl tlaků ustaví již proniknutím malého množství rozpouštědla; ustavování rovnováhy netrvá proto dlouho. Rozdíl tlaků je měřen piezoelektricky.

Při osmometrických měřeních je třeba věnovat velkou pozornost volbě vhodného rozpouštědla i volbě membrány. Aby byly hodnoty osmotického tlaku měřitelné, musí být koncentrace měřené látky ve zvoleném rozpouštědle dostatečně velká; měření při vyšších koncentracích se extrapolují na nulovou koncentraci. Rozpouštědlo by mělo mít nízkou viskozitu a nesmí obsahovat nečistoty, které neprocházejí membránou. Osmotický tlak závisí na počtu částic, takže i malá množství nízkomolekulárních nečistot zkreslují výsledky. Rovněž měřená látka může být zdrojem nečistot (např. nízkomolekulární příměsi se z vysokomolekulárních látek často obtížně odstraňují). Zdrojem častých obtíží při osmometrických měřeních bývá membrána. Ta musí být tenká, aby ustavování rovnováhy probíhalo rychle, ale současně musí být dostatečně pevná, neboť měřené tlaky mohou být značné. Nesmí obsahovat poruchy ve struktuře („díry“), kterými by mohly pronikat částice disperzního podílu. Nejhustší z běžně používaných osmometrických membrán zadržují molekuly o relativní molární hmotnosti nad 1,5∙10⁴, menší molekuly jimi procházejí. Průchodem těchto molekul membránou klesá hodnota osmotického tlaku a naměřená molární hmotnost je příliš vysoká. Proto nelze použít běžných osmometrických membrán k měření vzorků o nízkých molárních hmotnostech a vzorků polydisperzních, které mohou takové látky obsahovat. Některé membrány vykazují tzv. asymetrický tlak, tj. rozdíl tlaků, který se ustaví, i když je na obou stranách membrány pouze čisté rozpouštědlo. Jeho hodnotu je třeba od výsledků měření odečítat.

Běžnou membránovou osmometrii je možno použít pro stanovení molárních hmotností od hodnot přibližně 1,5∙10⁴ do 10⁶ (horní mez je dána citlivostí přístroje).

měření osmotického tlaku (osmometrie)osmometry

měření osmotického tlaku (osmometrie)
osmometry