Osmomètre

Définition

Un osmomètre est un dispositif de mesure de la pression osmotique de solutions. Il consiste en un récipient contenant la solution d'essai séparée par une membrane semi-perméable du solvant pur. La poche est placée sur un tube de verre, dans la partie supérieure, rétrécie.

Un osmomètre de Dutrochet :

Le premier osmomètre a été inventé par le physiologiste français Henri Dutrochet en 1828. L'osmométrie est la mesure de la force osmotique d'une substance. Ceci est souvent utilisé par les chimistes pour la détermination du poids moléculaire moyen.

Explications

Un osmomètre est un appareil servant à mesurer la concentration osmotique d'une solution. L'osmose pénétrant le solvant dans la solution fait monter le niveau de liquide dans le tube mince; la mesure de ce niveau après l'établissement de l'équilibre permet de déterminer la pression osmotique en tant que pression hydrostatique d'une colonne de liquide convenablement élevée.

Voir aussi un osmolateur.

Évolution historique

La définition d'un osmomètre a évolué avec le temps. Au départ, un osmomètre était un appareil utilisé pour mesurer la pression osmotique entre une solution et un solvant; à l'heure actuelle, il est également appelé un osmomètre les dispositifs utilisés pour déterminer l'osmolarité des solutions, c'est-à-dire les concentrations efficaces de solutés la pression osmotique, dont certaines n'emploient pas de mesures de pression osmotique mais d'autres propriétés colligatives qui conduisent à des résultats plus précis.

L'appareil de Dutrochet est très simple et consiste en un verre rempli de solvant ou d'une solution diluée. Dans un autre récipient en forme d'entonnoir inversé, une membrane semi-perméable est placée dans la bouche plus large, et un long tube capillaire est connecté dans l'autre bouche. La solution concentrée est placée à l'intérieur de ce récipient et introduite dans l'autre récipient afin que la membrane soit en contact avec les deux solutions. Lors de la dissolution du solvant dans la solution concentrée, son niveau va appuyer sur le tube capillaire jusqu'à ce que la pression hydrostatique produite compense la pression osmotique.

Dutrochet n'a pas fait de mesures précises, mais son dispositif a été utilisé pour visualiser le phénomène. Les premières expériences de précision ont été effectuées par l'Allemand Wilhelm Pfeffer en 1877, qui a construit un osmomètre en perfectionnant le modèle Dutrochet.

Au cours des deux premières décennies du 20^ème siècle, les techniques de mesure de la pression osmotique se sont améliorées. Frazer et collaborateurs ont travaillé entre 1916 et 1921 à la conception d'un osmomètre à haute pression. Ils ont amélioré les dispositifs poreux où le ferrocyanure de cuivre était déposé, capable de résister à de fortes pressions. L'osmomètre Frazer dispose d'un mécanisme sophistiqué pour mesurer les changements de pression, basé sur les changements de la résistance électrique des métaux en contact avec la solution, ou le changement de l'indice de réfraction de l'eau, au lieu du manomètre au mercure habituel. Avec ce dispositif, Frazer a obtenu des mesures de pression osmotique de l'ordre de 273 atmosphères.

En même temps, GS Hartley a introduit une nouvelle technique qui permet de gagner un temps plus long dans la mesure de la pression osmotique. Il est arrivé que les mesures avec des osmomètres ordinaires fassent l'objet d'une longue attente, car le flux osmotique est un processus de transport lent. La modification de Hartley était très simple et efficace : elle consiste à atteindre l'équilibre immédiat, en appliquant une pression pour que le flux osmotique soit annulé. Cette modification a considérablement réduit le temps d'enregistrement des mesures de pression osmotique.

L'obtention d'un bon équipement pendant les années 1920 a permis la détermination réussie des poids moléculaires des macromolécules, tels que les polymères, les protéines et les polysaccharides.

Osmomètres à membrane

Deux types d'osmomètres à membrane existent, ce sont les plus simples :

• Osmomètre statique : Le dispositif le plus simple est celui de Dutrochet. Au moment où un équilibre est atteint, en mesurant la hauteur de la colonne de solution concentrée, il est possible de déterminer la pression osmotique. Une fois la pression osmotique déterminée, en appliquant l'équation de Van Hoff, il est possible de calculer la concentration de soluté (ou la différence de concentration entre les deux solutions).
• Osmomètre dynamique : Les osmomètres statiques ont besoin de beaucoup de temps pour lire les hauteurs atteintes par les solutions à l'intérieur du tube capillaire, puisque le solvant diffuse lentement dans la solution la plus concentrée, atteignant un état d'équilibre après une ou deux heures. Pour cette raison, le système a été mis de côté par les chercheurs. Grâce à l'invention de l'osmomètre dynamique, il a été possible de récupérer la mesure de la pression osmotique avec une technique analytique.

  Les osmomètres dynamiques sont basés sur la mesure de petites différences de pression des deux côtés de la membrane semi-perméable qui sépare les deux solutions de concentration différente. Comme les statiques, ils sont formés par deux chambres séparées par une membrane semi-perméable. Dans l'une des chambres, le solvant est placé et dans l'autre une solution. La différence par rapport aux modèles statiques réside dans la méthode de lecture de la pression osmotique.

  Par exemple, dans un osmomètre dynamique de type très utilisé, la pression osmotique est mesurée par une bulle d'air dans la chambre de solvant. L'apparition de la pression osmotique dans la membrane est transmise à toutes les parties du liquide (principe de Pascal), produisant une déformation de la microbulle de l'air, qui peut être détectée et mesurée par un rayon de lumière qui la traverse et affecte ensuite le une cellule photoélectrique.

  Une fois la différence de pression détectée, un servomoteur agit sur un réservoir mobile plein de solvant relié par un tube capillaire à la chambre de solution, l'abaissant jusqu'à ce que, en réduisant la pression hydrostatique, compensant la surpression du solvant en raison de la pression osmotique. Le dépôt cesse de se déplacer lorsqu'il est détecté que la microbulle retrouve sa forme initiale. De cette manière, en quelques minutes, il est possible d'obtenir une mesure de la pression osmotique.

  Les osmomètres dynamiques ont permis l'automatisation des analyses et sont couramment utilisés dans de nombreux laboratoires pour déterminer la concentration des solutions.

Autres types d'osmomètres

L'utilisation des osmomètres dans les laboratoires ne s'applique pas à la détermination des pressions osmotiques, mais à la détermination des concentrations effectives de solutions donnant lieu à une pression osmotique plus ou moins grande, appelée osmolarité. Puisque ces concentrations produisent d'autres propriétés colligatives, en fonction du type d'analyse, il est préférable d'utiliser des mesures de pression de vapeur ou des gouttes cryoscopiques pour la détermination.

Ces appareils, qui n'utilisent pas les mesures de pression osmotique, sont aussi appelés osmomètres, car ils servent également à déterminer l'osmolarité :

• Osmomètre à pression de vapeur : Dans les osmomètres à pression de vapeur, la diminution de la pression de vapeur subie par une solution par rapport au solvant fixé à la même température est mesurée. La mesure de cette diminution est effectuée par la méthode hygrométrique, dans laquelle un échantillon de 10 μl (0,010 ml) est injecté sur un disque de papier dans un porte-échantillon, puis inséré dans l'instrument et la chambre d'échantillon est fermée. La fermeture initie la séquence de mesure automatique. L'élément de détection est un hygromètre à thermocouple à fil mince qui est suspendu sur un support métallique qui, lorsqu'il est couplé au porte-échantillon, forme une petite chambre qui ferme l'échantillon.

  Lorsque la pression de vapeur dans l'air à l'intérieur de la chambre est équilibrée, le thermocouple détecte la température ambiante et établit le point de référence pour la mesure. Sous contrôle électronique, le thermocouple recherche alors la température du point de rosée à l'intérieur de l'espace fermé, donnant un signal proportionnel au différentiel de température. La différence entre la température ambiante et la température du point de rosée est la dépression de la température du point de rosée qui est une fonction explicite de la pression de vapeur de la solution. La dépression du point de rosée est mesurée à des résolutions inférieures à 1 °C. Le cycle de mesure, contrôlé par microprocesseur, dure environ une minute.

• Osmomètre de descente cryoscopique : la descente cryoscopique est une propriété colligative qui dépend de la concentration totale de particules en solution, ce qui permet de déterminer l'osmolarité de la même chose.

  Dans les méthodes actuellement utilisées, l'échantillon est surfondu à une température prédéterminée, inférieure à la température de congélation. La congélation est alors initiée par une perturbation physique (ultrasons, agitation...) ou dans certains cas en plantant un petit cristal de solvant. Ceci produit un mélange de solvant solide et de solution juste en équilibre à la température de congélation pendant un temps suffisant pour mesurer sa température. Les mesures de température sont faites avec une thermistance étalonnée, sélectionnée pour donner une réponse linéaire.

  La plupart des laboratoires cliniques utilisent des osmomètres à goutte cryoscopiques par rapport aux osmomètres à pression de vapeur. Les avantages des osmomètres à baisse de pression de vapeur (faible coût, faible maintenance, utilisation de très petits volumes d'échantillons) ne compensent pas les inconvénients (faible précision, réponse non linéaire pour de faibles valeurs d'osmolarité et, surtout, impossibilité de analyser les solutés volatils tels que les alcools, l'éthylène glycol et les gaz).

En rapport avec "osmomètre"

• osmole

  

  L'osmole (Osm) est une unité de concentration mesurée d'ions dissociés dans une solution qui contribuent à la pression osmotique.

• anémomètre

  

  Un anémomètre est un dispositif conçu pour la mesure de la vitesse de gaz, comme le vent, ou la pression du vent.

• calorimètre

  

  Un calorimètre est un appareil destiné à mesurer les variations et les échanges de chaleur, le nombre de calories ou de Joules.

• colorimètre

  

  Le colorimètre est un appareil servant à mesurer la coloration d'un liquide en vue de définir, par comparaison, la valeur d'un coefficient (pH par exemple).