Tekanan osmotik memegang peran penting dalam semua proses biologi yang melibatkan difusi zat terlarut atau transfer cairan melalui membran. Osmosis terjadi ketika pelarut, bukan molekul zat terlarut melewati membran semipermiabel dari bagian yang konsentrasinya lebih rendah ke bagian yang konsentrasinya lebih tinggi sehingga terjadi kesetimbangan. Pengetahuan mengenai tekanan osmotik penting bagi para praktisi kesehatan untuk menentukan suatu larutan parenteral bersifat hipo-osmotik, iso-osmotik atau hiper-osmotik. Pengukuran kuantitatif tekanan osmotik akan memudahkan perhitungan pengenceran yang diperlukan untuk membuat suatu larutan relatif iso-osmotik terhadap darah. 

Tekanan Osmotik

Tekanan Osmotik dari larutan tergantung pada jumlah partikel dalam larutan, sesuai dengan sifat koligatif larutan. Suatu partikel dapat berupa spesi molekul atau ion atau agregat (seperti dimer) yang dapat terpisah dari larutan. Suatu larutan menunjukan sifat ideal jika tidak ada interaksi antara zat terlarut dan pelarut, kecuali jika molekul pelarut terikat pada zat terlarut oleh ikatan hidrogen atau kovalen koordinat. Untuk larutan seperti ini yang mengandung zat terlarut tidak terdisosiasi, tekanan osmotik (p) sebanding dengan molalitasnya (jumlah mol zat terlarut per kg pelarut):

r adalah kerapatan pelarut pada suhu T (dalam skala absolut, ºK); R adalah tetapan gas dan m adalah molalitas larutan.

Untuk suatu larutan nyata yang mengandung lebih dari satu zat terlarut, tekanan osmotik dinyatakan dengan rumus:

v_i adalah jumlah partikel hasil disosiasi satu molekul zat terlarut yang ke-i; v_i  = 1 untuk zat terlarut non-ionik (tidak terdisosiasi); m_i adalah molalitas zat terlarut ke-i; dan F_mi  adalah koefisien osmotik molal dari zat terlarut ke-i. Koefisien osmotik molal dihitung terhadap sifat ideal larutan. Nilainya tergantung pada konsentrasi zat terlarut dalam larutan, sifat kimia dan karakteristik ion. Nilai koefisien osmotik molal dari zat terlarut dapat ditentukan secara eksperimen dengan mengukur penurunan titik beku pada konsentrasi molal yang berbeda. Untuk keperluan farmasi, nilai koefisien osmotik adalah kurang dari 1. Koefisien osmotik molal menurun dengan meningkatnya kadar zat terlarut, seperti tertera pada Tabel 1.

Osmolalitas

   Osmolalitas larutan (x _m) dinyatakan dengan rumus:

Osmolalitas larutan nyata berkaitan dengan molalitas larutan ideal yang mengandung zat terlarut yang tidak terdisosiasi dan dinyatakan dalam osmol atau miliosmol per kg pelarut (Osmol per kg atau mOsmol per kg). Suatu satuan yang mirip dengan molalitas larutan Osmolalitas merupakan satuan dari molalitas larutan. Jadi, osmolalitas adalah ukuran tekanan osmotik yang disebabkan oleh suatu larutan nyata yang  melewati membran semipermiabel. Seperti halnya tekanan osmotik, sifat koligatif lain dari suatu larutan seperti penurunan tekanan uap, peningkatan titik didih dan penurunan titik beku berkaitan langsung dengan osmolalitas larutan. Osmolalitas suatu larutan dapat ditentukan secara lebih akurat dan mudah dengan mengukur penurunan titik beku (DT_b):

k_b adalah tetapan molal krioskopik, yang merupakan sifat dari pelarut. Untuk air, nilai k_b  adalah 1,860^º per Osmol. Artinya 1 Osmol zat terlarut yang ditambahkan ke dalam 1 kg air menurunkan titik beku sebesar 1,860º .

Osmolaritas

    Osmolaritas larutan secara teoritis dinyatakan dalam osmol per liter (Osmol per L) larutan dan banyak digunakan secara luas dalam praktek klinis karena osmol dinyatakan dalam osmol sebagai fungsi volume. Osmolaritas tidak dapat diukur, tetapi dihitung secara teoritis dari pengukuran osmolalitas secara eksperimen.

Kadang-kadang osmolaritas (x_c)  dihitung secara teoritis dari konsentrasi molar:

v_i adalah jumlah partikel hasil disosiasi satu molekul zat terlarut yang ke-i; c_i adalah konsentrasi molar zat terlarut yang ke-i dalam larutan. Sebagai contoh, osmolaritas larutan yang dibuat dengan melarutkan 1 g vankomisin dalam 100 mL larutan natrium klorida 0,9 % dapat dihitung sebagai berikut:

1449,25 adalah BM vankomisin dan 58,44 adalah BM natrium klorida.

     Hasil menunjukkan bahwa larutan tersebut agak hiper-osmotik karena osmolalitas darah berada diantara 285 dan 310 mOsmol per kg. Apabila larutan yang ditentukan secara eksperimen mempunyai nilai osmolalitas sebesar 255 mOsmol per kg, maka larutan tersebut bersifat hipo-osmotik. Contoh tersebut di atas menggambarkan bahwa nilai osmolaritas yang dihitung secara teoritis dari konsentrasi larutan sebaiknya diinterpretasikan secara hati-hati dan mungkin tidak mewakili sifat osmotik larutan infus.

     Ketidaksesuaian antara hasil teoritis (osmolaritas) dan eksperimen (osmolalitas) sebagian disebabkan oleh kenyataan bahwa tekanan osmotik berkaitan dengan osmolalitas dan bukan osmolaritas. Secara lebih signifikan, ketidaksesuaian antara hasil eksperimen dan perhitungan teoritis disebabkan oleh kenyataan bahwa tekanan osmotik suatu larutan nyata lebih kecil daripada tekanan osmotik suatu larutan ideal karena adanya interaksi antar molekul zat terlarut atau antara molekul zat terlarut dengan molekul pelarut dalam larutan. Interaksi-interaksi tersebut mengurangi tekanan yang didesak oleh molekul zat terlarut pada membran semipermiabel, mengurangi nilai osmolalitas eksperimental dibandingkan nilai teoritis. Perbedaan ini berhubungan dengan koefisien molal osmotik (F_mi). Contoh tersebut juga menggambarkan pentingnya penentuan osmolalitas suatu larutan secara eksperimen, daripada perhitungan nilai osmolalitas secara teoritis.

PENGUKURAN OSMOLALITAS

     Osmolalitas larutan secara umum ditentukan dengan cara mengukur penurunan titik beku larutan.

     Alat Osmometer digunakan untuk pengukuran penurunan titik beku, terdiri dari: wadah pendingin yang digunakan untuk pengukuran; tahanan yang sensitif terhadap perubahan suhu (termistor), alat pengukur perbedaan arus atau potensial yang ditunjukan dalam perubahan suhu atau osmolalitas; dan alat pengaduk sampel. Osmometer yang digunakan untuk mengukur tekanan uap larutan, jarang digunakan. Alat ini memerlukan volume zat uji yang lebih kecil (umumnya lebih kurang 5 µl), tetapi akurasi dan presisi hasil penetapan osmolalitasnya sebanding dengan hasil yang diperoleh apabila menggunakan osmometer yang berdasarkan pengamatan titik beku larutan.

    Larutan baku Buat larutan baku seperti tertera pada Tabel 1.

    Larutan uji  Untuk padatan pro injeksi, larutkan dengan pelarut yang sesuai dengan instruksi seperti tertera pada etiket. Untuk larutan, gunakan sampel sebagai berikut [Catatan Jika perlu larutan dapat diencerkan hingga masuk dalam rentang pengukuran osmometer tetapi hasil harus dinyatakan dalam larutan yang encer tersebut dan tidak dihitung dengan mengalikan faktor pengenceran untuk mendapatkan osmolalitas larutan awal, kecuali jika dinyatakan lain dalam monografi. Koefisien osmotik molal adalah fungsi dari konsentrasi, oleh karena itu koefisien osmotik molal akan berubah dengan dilakukannya pengenceran].

    Prosedur Diawali dengan kalibrasi alat sesuai dengan petunjuk pabrik. Konfirmasikan hasil kalibrasi alat dengan sekurang-kurangnya satu larutan dari Tabel 1 sehingga osmolalitas Larutan baku berada di rentang 50 mOsmol/kg dari nilai perkiraan osmolalitas Larutan uji atau nilai tengah dari nilai perkiraan osmolalitas Larutan uji.

Pembacaan alat sebaiknya dalam ± 4 mOsmol/kg dari Larutan baku. Masukkan sejumlah volume masing-masing Larutan baku ke dalam sel pengukuran sesuai petunjuk pabrik dan jalankan sistem pendinginan. Biasanya alat pencampur diprogram di bawah suhu terendah yang diharapkan dari penurunan titik beku. Alat akan memberikan hasil ketika kesetimbangan dicapai. Kalibrasi osmometer menggunakan alat pengatur yang memadai sehingga pembacaan sesuai dengan nilai osmolalitas atau penurunan titik beku dari Larutan baku yang ditunjukkan pada Tabel 1. [Catatan Beberapa alat yang menunjukkan osmolalitas dan ada yang menunjukkan penurunan titik beku]. Ulangi prosedur dengan masing-masing Larutan uji. Baca osmolalitas Larutan uji secara langsung, atau hitung dari pengukuran penurunan titik beku.

      Dengan asumsi nilai koefisien osmotik sama, baik dinyatakan dalam molalitas maupun dalam molaritas, osmolalitas suatu larutan yang ditetapkan secara eksperimen dapat dikonversikan ke dalam osmolaritas dengan cara yang sama seperti konversi molalitas ke molaritas. Kecuali dinyatakan lain, jika konsentrasi larutan sangat pekat, osmolaritas suatu larutan (x_c) dapat dihitung dari hasil penetapan osmolalitas (x_m) secara eksperimen: 

w_i  adalah bobot dalam g; v_i adalah volume spesifik parsial dari zat terlarut yang ke-i, dalam mL per g. Volume spesifik parsial suatu zat terlarut adalah perubahan volume apabila ada penambahan 1 g zat terlarut dalam larutan tersebut. Volume ini dapat ditetapkan dengan pengukuran kerapatan larutan sebelum dan sesudah penambahan zat terlarut. Volume spesifik parsial garam pada umumnya sangat kecil, sekitar 0,1 mL per g. Tetapi untuk zat terlarut lain pada umumnya mempunyai volume spesifik parsial yang lebih tinggi.  Contohnya: volume spesifik parsial asam amino berada dalam rentang 0,6 – 0,9 mL per g. Ini dapat ditunjukan dari persamaan di atas yang menghubungkan osmolaritas dengan osmolalitas.

r adalah kerapatan larutan dan c adalah konsentrasi zat terlarut total, keduanya dinyatakan dalam g per mL. Jadi, sebagai alternatif, osmolaritas dapat juga dihitung dari penetapan osmolalitas secara eksperimen, dari metode yang sesuai untuk menetapkan kerapatan larutan dan bobot total zat terlarut per mL larutan setelah dikoreksi terhadap kadar air.

Tabel 1. Larutan Baku untuk Kalibrasi Osmometer