實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)的介紹

??當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)室中，水環(huán)境作為絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的基本環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)中占的地位非常重要，水質(zhì)往往決定了很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性、可重復(fù)性，對多數(shù)做實(shí)驗(yàn)的人員來說，他們通常要求純水中的雜質(zhì)元素和化合物的濃度在ppb級甚至更低。在實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究領(lǐng)域，所關(guān)心的純化起始點(diǎn)是自來水，如果實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)有蒸餾水、去離子水或反滲透水，那就只注重超純化的過程。

??一、實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備的分級

??1、三級純水

??三級純水的物理純度一般為小于50μS/cm，單蒸水、雙蒸水、普通去離子水和反滲透水都屬于此級別。它一般由自來水純化制備而成。三級純水的主要用途是清洗瓶皿，高壓消毒裝置用水，人工環(huán)境室用水及超純水儀進(jìn)水等。

??2、二級純水

??二級純水是一個(gè)模糊的范圍，常用5~5M-cm表示。但二級純水絕不嚴(yán)格限于此范圍內(nèi)，可以講1~17M-cm范圍均認(rèn)為是二級純水。二級純水一般是將三級純水再經(jīng)過離子交換或電滲析而制成。它主要用于一般試劑的配制，普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)用水及給超純水儀供水。

??3、一級超純水

??一級超純水是指物理純度大于18M-cm的水，習(xí)慣稱電阻率為18.2M-cm是一級超純水的指標(biāo)。一級超純水一定是由三級或二級純水經(jīng)核子級離子交換樹脂再純化而來。它主要用于高精密度的分析實(shí)驗(yàn)和對誰純度要求很高的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

??二、水質(zhì)的表征參數(shù)與國際標(biāo)準(zhǔn)

??1、表征參數(shù)

??(1)無機(jī)物含量-電阻值/電導(dǎo)率。

??(2)有機(jī)物含量-TOC(總有機(jī)碳)。

??(3)微生物含量-細(xì)菌數(shù)顆粒物含量-顆粒數(shù)(有粒徑要求，往往只小于0.2μm的顆粒剩余數(shù))。

??2、國際標(biāo)準(zhǔn)

??(1)British Standard Institute(BSI)

??(2)*American Society for Testing and Materials(ASTM)

??(3)*International Organisation for Standardisation(ISO)

??(4)*National Committee for Clinical Laboratory Standards(CLSI)

??(5)*US Pharmacopoeia(USP)

??(6)*British and European Phaimacopoeia(BP&EP)

??三、水的純化方法及聯(lián)合應(yīng)用

??實(shí)驗(yàn)室純水可通過以下方法制備，超純水要綜合使用多種技術(shù)手段才能完全符合指標(biāo)。

??1、蒸餾法

??蒸餾法是一種傳統(tǒng)的方法，也是常用的將飲用水制造成純水的方法實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備。該方法依據(jù)蒸餾的次數(shù)分為單蒸、雙蒸和三蒸，睡得純度隨蒸餾的次數(shù)增加而提高。

??蒸餾法的優(yōu)點(diǎn)是方法簡單，制備儀器一次性投資小;缺點(diǎn)是耗能比較大，產(chǎn)水純度有限，產(chǎn)量有限。

??2、過濾法

??該方法采用反滲透技術(shù)，反滲透(RO)膜通常用于濾除直徑小于1nm的污染物，典型的反滲透方式可以濾掉水中90%的離子污染、大部分有機(jī)污染物和幾乎全部微粒污染物。反滲透對分子量小于100道爾頓的非離子污染物的去除能力較低，而隨污染物的分子量的增加，RO膜的濾除能力也隨之增加。理論上說，這種方式可以100%濾除大于300道爾頓分子量的分子和包括膠體及微生物在內(nèi)的顆粒，溶解的氣體則無法去除。

??反滲透過程中，進(jìn)水在一定壓力下(通常為415bar，60220psi)，從RO膜的進(jìn)水面以切向流的方式被泵入。RO膜一般是很薄的聚酰胺膜，它在較寬的PH值范圍內(nèi)很穩(wěn)定，但可能會被氧化劑，如市政洪水中的氯所破壞。進(jìn)水一般有15%~25%生成反滲透水，截留在膜上游的是濃水，含有大部分鹽、有機(jī)物和機(jī)會全部顆粒。反滲透水量和進(jìn)水量的體積比叫產(chǎn)水率。

??水純化系統(tǒng)中RO膜的性能通常通過測定離子去除率進(jìn)行監(jiān)控，它是進(jìn)水和出水電導(dǎo)率的差值遲疑進(jìn)水電導(dǎo)率所得的百分比。離子去除率和產(chǎn)水率隨進(jìn)水水質(zhì)、進(jìn)水口壓力、水溫和RO膜的狀態(tài)而定。

??由于其出色的純化功效，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備法神頭是一項(xiàng)對去除絕大部分雜質(zhì)非常有效益的技術(shù)。不過，其產(chǎn)水速度相對較低，所以使用時(shí)常常配以儲水箱暫存產(chǎn)成水已備使用或進(jìn)一步純化。反滲透裝置保護(hù)后續(xù)系統(tǒng)免受膠體和有機(jī)物的堵塞或污染，其后續(xù)系統(tǒng)通常配備離子交換或電滲析裝置。

??(1)超濾(UF)。分子截留5000道爾頓的連續(xù)過濾方式稱為超濾。其主要用于生物大分子的純化或雜質(zhì)去除。在超純水儀中此手段主要是為去除超純水中的核酸酶、內(nèi)毒等生物大分子，以滿足生物學(xué)實(shí)驗(yàn)對超純水的嚴(yán)格要求。

??(2)微濾(MF)?？讖皆?.1μm、5μm或8μm之間的材料實(shí)施的過濾稱為微濾。應(yīng)用此手段是為了去除純水中的顆粒和微生物體，可以有流路在線型微濾器或出水口微濾器。

??(3)預(yù)濾?？讖皆?~8μm以上的材料實(shí)施的過濾稱為預(yù)濾。此手段主要應(yīng)用在純水儀器的進(jìn)水端以去除自來水中的大顆粒雜質(zhì)。

??3、吸附法

??吸附法是指應(yīng)用活性炭具備的高孔隙率的特點(diǎn)吸附去除部分微生物、游離氯等雜質(zhì)。

??4、光氧化法

??光氧化法利用185nm或/和254nm的紫外線對水中的微生物進(jìn)行殺滅、氧化分解，從而控制超純水的總有機(jī)碳(TOC)水平。

??5、離子交換法

??隨工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，離子交換樹脂也在更新?lián)Q代，他可以與其他幾項(xiàng)技術(shù)手段結(jié)合產(chǎn)生出電滲析這種可在線再生的離子交換方式。

??(1)經(jīng)典的離子交換(SDI)。

??一般陰陽離子分別放置在不同的容器內(nèi)，經(jīng)過一段時(shí)間的使用后基本處于飽和狀態(tài)，這是可以進(jìn)行脫線再生。經(jīng)過此種手段產(chǎn)出的去離子水的純度大約為1M-cm。

??(2)核子級樹脂的離子交換。

??這是目前為止離子交換樹脂產(chǎn)品中高效的一種，純水經(jīng)過它的處理就可達(dá)到18.2M-cm的一級超純水。在超純水儀中，將核子級的陰陽離子交換樹脂混合填裝在一個(gè)容器內(nèi)使用，它是一次性的，不可以再生利用。

??(3)電滲析(EDI)

??這是一種綜合了離子交換、離子選擇性通過膜和電場作用幾個(gè)技術(shù)而開發(fā)出來的，叫做在電場作用下可即時(shí)再生的離子交換法的升級版。

??該項(xiàng)技術(shù)的大優(yōu)點(diǎn)是，理論上沒有消耗性材料;但他的缺點(diǎn)是一次性投資較大且EDI組件對進(jìn)水中的重金屬等離子有較高的純度要求，否則極易中毒，在電場作用下，無法再生出活性離子交換樹脂，只好換EDI組件。EDI使用的真正意義在于對認(rèn)證有強(qiáng)烈要求的制藥廠等企業(yè)，可以保證連續(xù)生產(chǎn)。在實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域，采用EDI模塊產(chǎn)水，會導(dǎo)致購買成本的增加，并不是有效率的選擇。作為離子交換，水在離子交換樹脂中的流程越長，交換效果越好。

??6、純化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

??實(shí)驗(yàn)室純水或超純水供應(yīng)商，往往采用多個(gè)手段組合以實(shí)現(xiàn)自來水向?qū)嶒?yàn)室要求的高純度水的轉(zhuǎn)化。

??四、實(shí)驗(yàn)室純水的供應(yīng)模式

??實(shí)驗(yàn)室純水供應(yīng)模式分為中央純水供應(yīng)模式和分散純水供應(yīng)模式兩種。

??1、中央純水供應(yīng)模式

??中央純水供應(yīng)模式是指設(shè)置純水生產(chǎn)裝置，實(shí)驗(yàn)室用水通過供水管道輸送到各個(gè)實(shí)驗(yàn)室用水點(diǎn)，無論是單個(gè)實(shí)驗(yàn)室還是一棟實(shí)驗(yàn)樓，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室用水點(diǎn)的純水龍頭直接獲取實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備。

??優(yōu)點(diǎn)：

??(1)運(yùn)行成本低，管理集中。

??(2)集體使用，不存在機(jī)器閑置可能。

??(3)產(chǎn)量大，用水采用管網(wǎng)化，同一實(shí)驗(yàn)室多點(diǎn)取水。

??缺點(diǎn)：系統(tǒng)必須保證長期安全運(yùn)行，否則存在斷水風(fēng)險(xiǎn)。

??2、分散純水供應(yīng)模式

??分散純水供應(yīng)模式是指在實(shí)驗(yàn)室各用水點(diǎn)位置設(shè)置純水機(jī)或成品水。

??優(yōu)點(diǎn)：儀器有單獨(dú)的使用權(quán)，使用率高。

??缺點(diǎn)：

??(1)運(yùn)行成本高，管理分散，消耗成本相對較高。

??(2)桌面定點(diǎn)臺式安裝，定點(diǎn)取水，機(jī)型產(chǎn)量小，流量小，工作效率低。

??(3)若每個(gè)實(shí)驗(yàn)組單獨(dú)購買，業(yè)主在該類產(chǎn)品上的投資總額非常高，可能會因每個(gè)實(shí)驗(yàn)組工作情況不同而導(dǎo)致空置率提高，不利于投資效率大化。