User:Drahkrub/Pfeffer Cell

The Pfeffer Cell (German: Pfeffersche Zelle or sometimes Pfeffer'sche Zelle) is an apparatus designed for measuring the osmotic pressure of water based solutions, devised by german botanist Wilhelm Pfeffer. Its functional principle is that of a membrane osmometer. Wilhelm Pfeffer first described it in his publicaton Osmotische Untersuchungen (“Osmotical Research″) published 1877.

Assembly and Functional Principle

Schematical depiction of a Pfeffer cell

Die Pfeffersche Zelle besteht aus einem nichtglasierten Tongefäß, das mit einem kolloidalen Film aus Kupfer(II)-hexacyanoferrat(II) überzogen ist. Dieser Film verhält sich wie eine semipermeable Membran. Um ihn zu erzeugen, tauchte Pfeffer das Tongefäß zunächst in eine Lösung aus Kupfersulfat und dann in gelöstes Kaliumhexacyanidoferrat(II) (gelbes Blutlaugensalz), wodurch sich Niederschlagsmembranen aus Kupfer(II)-hexacyanoferrat(II) in den Poren des Gefäßes bildeten.

Die zu messende Lösung (zum Beispiel eine Zuckerlösung) wird in das vorbereitete Gefäß gefüllt, das an einem Ende mit einem Pfropfen verschlossen und dann in ein größeres Gefäß mit reinem Wasser gestellt wird. In dem Pfropf steckt ein Steigrohr. Dringt durch Osmose Wasser von außen in die Zelle, wird der Flüssigkeitsspiegel in dem Steigrohr ansteigen. Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels ist ein Maß für den hydrostatischen Druck, der sich in der Zelle aufgebaut hat und dem osmotischen Druck entspricht.

Bedeutung

Pfeffersche Zelle: Abb.1 aus Osmotische Untersuchungen. Manometer (m),Thonzelle (z), ineinandergesetzte Glasstücke (v)(t), Glasring (r)

Osmotischer Druck

Mit der Pfefferschen Zelle war es erstmals möglich, den osmotischen Druck exakt zu messen. Vor Pfeffer hatten Moritz Traube und andere Naturforscher mit Glasröhrchen experimentiert, bei denen eine Öffnung durch eine Niederschlagsmembran verschlossen und die zu untersuchende Lösung eingefüllt wurde. Das Röhrchen wurde dann in die umgebende Flüssigkeit eingetaucht. Diese Anordnung war mechanisch wenig stabil, da die Membran bei den auftretenden Drücken leicht zerreißen konnte. Eine Bestimmung des osmotischen Drucks war damit nicht möglich.

Andere Forscher griffen Pfeffers Entwicklung auf und verwendeten sie in eigenen Untersuchungen, so der niederländische Chemiker Jakobus van 't Hoff für seine grundlegenden Arbeiten zur Analogie zwischen Dampfdruck und osmotischem Druck.

Heute wird die Pfeffersche Zelle mit kolloiden Niederschlagsmembranen als Osmometer praktisch nicht mehr eingesetzt, da die Herstellung mit hohem Aufwand verbunden ist und die verwendeten „Membranbildner“ (zum Beispiel Kupfersulfat und gelbes Blutlaugensalz) immer in einer umgebenden Lösung vorhanden sein müssen´.

Modell für Pflanzenzellen

Als Vorbild für seine Entwicklung dienten Pfeffer Pflanzenzellen, bei denen die semipermeable Plasmamembran auf der mechanisch stabilen Zellwand als Widerlager aufliegt. In dieser Analogie entspricht die Niederschlagsmembran der Plasmamembran und die Tonzelle der Zellwand.

Pfeffer führte mit seiner Apparatur zahlreiche Messungen durch, mit denen er Wasserstrom und Druckverhältnisse für unterschiedlich konzentrierte Lösungen untersuchte. Als Motivation gab er an, die Ursache für „die oft sehr hohen hydrostatischen Druckkräfte in Pflanzenzellen kennen zu lernen“ (Osmotische Untersuchen - 8. Diosmose gelöster Körper, S. 47). Für die Diskussion der „Zellmechanik“ im zweiten Teil der Osmotischen Untersuchungen diente ihm die Pfeffersche Zelle als Modell für das osmotische Verhalten von lebenden Zellen. Struktur und Eigenschaften der Plasmamembran waren zu Pfeffers Zeiten erst wenig erforscht.

Heute wird in der Pflanzenphysiologie die Pfeffersche Zelle, meist in abgewandelter Form, noch zur Veranschaulichung des Osmometers und des Wasserpotenzial beschrieben.

Literatur

Category:Osmosis Category:Plant physiology Category:Biophysics