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實驗室之在水一方
在我們所進(jìn)行的生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物、合成材料等實驗和相關(guān)的檢測工作中，水起到了重要作用：清洗器皿、處理樣本、配制溶液等。實驗用水的質(zhì)量也決定了實驗的精度、穩(wěn)定性等，因此對實驗用水的生產(chǎn)工藝和設(shè)備也有*的要求。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對自然界中各類事物的認(rèn)識都朝著微觀化，本質(zhì)化的方向發(fā)展，很多實驗、檢測對試劑或培養(yǎng)環(huán)境中的雜質(zhì)的要求都達(dá)到了ppb級，有的甚至達(dá)到ppt級；如在生命科學(xué)研究過程中，對水中的多種污染物十分敏感，尤其重金屬和可溶性有機(jī)物；HPLC中要求的超純水等等。鑒于此，多個專業(yè)研究組織建立了水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這些組織和標(biāo)準(zhǔn)有：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB6682-92《分析實驗室用水規(guī)格和實驗方法》，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11446.1-1997 《電子級水規(guī)格和實驗方法》，美國化學(xué)社團(tuán)組織（ACS），美國測試和材料實驗社團(tuán)組織（ASTM），美國臨床試驗標(biāo)準(zhǔn)委員會（NCCLS），美國藥學(xué)會（USP）。目前制備純水和超純水zui穩(wěn)定zui方便的方法是通過純水/超純水系統(tǒng)。從世界上*臺超純水系統(tǒng)問世到現(xiàn)在，超純水系統(tǒng)的設(shè)計生產(chǎn)理念就一直圍繞著“*水質(zhì)，zui穩(wěn)水質(zhì)”來不斷完善。
分析儀器（如HPLC、IC、AAS、ICP等）、細(xì)胞生物學(xué)、分析生物學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)溶液和空白溶液配置、以及納米材料科學(xué)等都會用到超純水。大家知道自來水中含有千萬種會影響科學(xué)實驗結(jié)果的雜質(zhì)，那么如何去除雜質(zhì)，制造出“超純水”？我們需要利用*的技術(shù)來純化水質(zhì)。超純水制造出來的瞬間，即刻開始與接觸的環(huán)境產(chǎn)生溶解反應(yīng)，我們稱超純水為“Hungry Water”，因為超純水中溶解的離子濃度很低甚至沒有， 這樣極易會從外界環(huán)境中吸收雜質(zhì)，如顆粒，揮發(fā)性有機(jī)物、細(xì)菌及其他污染物等，也可能從低級塑料和玻璃制造的儲水器中吸收化學(xué)溶出物污染水質(zhì)，還可以溶解空氣中的二氧化碳，形成碳酸。
碳酸是一種弱酸，但由于超純水中無任何主導(dǎo)型的相對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、共軛酸、共軛堿，碳酸就成為了*主導(dǎo)型的弱酸，也是*H+離子的來源（忽略掉H2O的解離）。
CO2(g)+H2O(l)==H2CO3(l)
因此當(dāng)超純水開始曝露在大氣下時，二氧化碳的溶解就會無可避免的持續(xù)下去，我們可以用電阻率的變化來監(jiān)測這個過程。實踐證明15MΩ.cm以上的超純水暴露在空氣中1個小時后水質(zhì)就會下降至4MΩ.cm左右。
所以，超純水即制即用，任何方式的貯存或久放，除了會有容器本身造成的污染外，空氣中的懸浮粉塵、揮發(fā)性有機(jī)物、微生物等污染及二氧化碳造成的電阻率下降，pH下降都是無法避免的。另外，久存的超純水，TOC （總有機(jī)碳）及微生物也都有快速升高的隱憂，超純水還是得即取即用。
在實驗室中，我們根據(jù)用水需求的不同而采取不同的純化技術(shù)。天然水中通常含有五種雜質(zhì):
1.電解質(zhì),包括帶電粒子,常見的陽離子有H+、Na+、K+、NH4+、、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等；陰離子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-等。
2. 有機(jī)物質(zhì),如:有機(jī)酸、農(nóng)藥、烴類、醇類和酯類等。
3. 顆粒物。
4. 微生物。
5. 溶解氣體，包括：N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4 等。
水純化技術(shù)
所謂水的純化，就是要去掉這些雜質(zhì)。雜質(zhì)去的越*，水質(zhì)也就越純凈。
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蒸餾水：就是將水蒸餾、冷凝的水，蒸二次的叫重蒸水，三次的叫三蒸水。有時候為了特殊目的，在蒸前會加入適當(dāng)試劑，如為了無氨水，會在水中加酸；低耗氧量的水，加入高錳酸鉀與酸等。工業(yè)蒸餾水是采用蒸餾水方法取得的純水，一般普通蒸餾取得的水純度不高，經(jīng)過多級蒸餾水，出水才可達(dá)到很純，成本相對比較高。
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去離子水就是將水通過陽離子交換樹脂（常用的為苯乙烯型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂），則水中的陽離子被樹脂所吸收，樹脂上的陽離子H+被置換到水中，并和水中的陽離子組成相應(yīng)的無機(jī)酸；含此種無機(jī)酸的水再通過陰離子交換樹脂（常用的為苯乙烯型強(qiáng)堿性陰離子）OH-被置換到水中，并和水中的H+結(jié)合成水，此即去離子水。去離子水在現(xiàn)代工業(yè)中有著非常廣泛的用途，使用去離子水，是我國很多行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量的，趕超*水平的重要手段之一。 由于去離子水中的離子數(shù)可以被人為的控制，從而，使它的電阻率、溶解度、腐蝕性、病毒細(xì)菌等物理、化學(xué)及病理等指標(biāo)均得到良好的控制。在工業(yè)生產(chǎn)及實驗室的實驗中，如果涉及到使用水的工藝都被使用了去離子水，那么，許多參數(shù)會更接近設(shè)計或理想數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質(zhì)量將變得易于控制。
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高純水，是指化學(xué)純度*的水，其主要應(yīng)用在生物、化學(xué)化工、冶金、宇航、電力等領(lǐng)域，但其對水質(zhì)純度要求相當(dāng)高，所以一般應(yīng)用zui普遍的還是電子工業(yè)。例如電力系統(tǒng)所用的純水，要求各雜質(zhì)含量低達(dá)到“微克/升”級。在純水的制作中，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各項指標(biāo)應(yīng)該根據(jù)電子(微電子)元器件(或材料)的生產(chǎn)工藝而定(如普遍認(rèn)為造成電路性能破壞的顆粒物質(zhì)的尺寸為其線寬的1/5-1/10)，但由于微電子技術(shù)的復(fù)雜性和影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素繁多，至今尚無一份由工藝試驗得到的適用于某種電路生產(chǎn)的完整的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。不過近年來電子級水標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地修訂，而且高純水分析領(lǐng)域的許多突破和發(fā)展，新的儀器和新分析方法的不斷應(yīng)用都為制水工藝的發(fā)展創(chuàng)造了條件。高純水的國家標(biāo)準(zhǔn)為：GB1146.1-89至GB1146.11-89[168]，目前我國高純水的標(biāo)準(zhǔn)將電子級水分為五個級別：Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級，該標(biāo)準(zhǔn)是參照ASTM電子級標(biāo)準(zhǔn)而制定的。
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超純水則可以認(rèn)為是一般工藝很難達(dá)到的程度，如水的電阻率大于18MΩ*cm（沒有明顯界線），則稱為超純水。關(guān)鍵是看你用水的純度及各項征性指標(biāo)，如電導(dǎo)率或電阻率，PH值，鈉，重金屬，二氧化硅，溶解有機(jī)物，微粒子，以及微生物指標(biāo)等。目前，高校、研究所及其他單位的實驗室普遍使用純水、超純水機(jī)代替蒸餾水器制水，如：環(huán)境監(jiān)測站、食品藥品檢驗所、疾控中心、質(zhì)檢所以及一些企業(yè)的化驗室等。
超純水機(jī)的選擇
相比電熱蒸餾水器或在外買水來講，實驗室超純水機(jī)提供了較多的實惠和方便，這點已經(jīng)得到了廣大科研人員的認(rèn)可，但該儀器畢竟是實驗室的基礎(chǔ)設(shè)備，雖然有不少技術(shù)人員在使用超純水機(jī)，但其對超純水機(jī)的了解還不多，常常在選購上存在誤區(qū)。如何選購適合本單位的超純水機(jī)，請參考以下內(nèi)容，希望對你有所幫助。
一
用水量
目前市場上的超純水機(jī)的造水量一般在5—20升/小時，20升以上的就是非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型。客戶應(yīng)根據(jù)實際用水量來選用超純水機(jī)的規(guī)格，一般遵循2倍關(guān)系原則。如用水量是10升/天，則選用規(guī)格為20升/小時的機(jī)器，如果選用規(guī)格太小，超純水機(jī)的耗材消耗會很快，選用規(guī)格太大，則形成浪費。如果集中用水量大，則需要選購較大的純水桶，否則造水跟不上。
二
用水水質(zhì)
國家實驗室標(biāo)準(zhǔn)用水有一級水、二級水、三級水三種水質(zhì)，但大多數(shù)實驗室用兩種水質(zhì)即可，一是三級水，如蒸餾水，用于玻璃器皿的清洗等；二是一級水，主要用于化學(xué)分析或者液相、原子吸收等精密儀器分析?？蛻魬?yīng)根據(jù)實際水質(zhì)需求來選用超純水機(jī)的檔次。以自來水為水源的超純水機(jī)都具有兩個(兩種水質(zhì))的出水口，一是純水，即三級水；二是一級水，即超純水（嚴(yán)格意義上講一級水的電阻大于10兆歐，而超純水的電阻大于18兆歐）。
多數(shù)客戶對自己的水質(zhì)需求并不清楚，國家相關(guān)部門雖然有各種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但是對具體的實驗項目或儀器分析用水沒有完整的量化指標(biāo)，往往在選購好超純水機(jī)之后才發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗，可以遵循以下幾個選購原則，相對應(yīng)即可。
1. 實驗內(nèi)容
分無機(jī)實驗和有機(jī)實驗，無機(jī)實驗只需電阻大于18兆歐的水質(zhì)就行，而有機(jī)實驗則通常要去除水中的有機(jī)物質(zhì)，所以除了電阻大于18兆歐以外，還需要總有機(jī)碳的指標(biāo)。如果是生物方面的實驗，在要去除水中的細(xì)菌。
2. 儀器種類
客戶可以根據(jù)使用的儀器種類來選擇超純水機(jī)。液相用水的電阻大于18兆歐；并且要去除有機(jī)物；原子吸收、原子熒光及環(huán)境監(jiān)測儀器用水大于18兆歐就行；PCR等生命科學(xué)儀器用水除了電阻大于18兆歐以外，還需除菌，除有機(jī)物，除熱源。
3. 目前用水來源
如果客戶目前的用水是合格的，也可以將該純水的來源方式告知超純水機(jī)廠商，其技術(shù)人員會根據(jù)該情況來推薦相應(yīng)的規(guī)格型號。以上三種原則是根據(jù)實際的應(yīng)用經(jīng)驗得來的，可以參考，但是zui準(zhǔn)確的型號選擇還是盡量提供詳細(xì)的水質(zhì)參數(shù)，如電阻、微量元素、細(xì)菌、總有機(jī)碳水平等。
三
原水水質(zhì)
客戶在選購超純水機(jī)時一定要向廠商提供原水的水質(zhì)狀況，比如泥沙多，硬度高，地下水等情況，超純水機(jī)的工藝是根據(jù)原水水質(zhì)的好壞來確定的，泥沙多，要添加預(yù)處理裝置，硬度高，要添加軟化裝置，含鹽量高，要采用二級反滲透工藝等。如果選用以純水為水源的超純水機(jī)，則只需要提供水質(zhì)需求和用水量就可以了。
四
如何用模塊化來選擇純水機(jī)
根據(jù)中國的*水質(zhì)，提出超純水機(jī)的六大模塊化選擇，滿足用戶需求；六大模塊包括：預(yù)處理（強(qiáng)化預(yù)處理）模塊、反滲透模塊、多功能水箱、離子交換（純化柱、超純柱、電去離子）、紫外燈（單、雙波長紫外燈）、膜過濾（超濾膜、微濾、終端過濾器）；如果客戶的原水電導(dǎo)率大于400μs/cm，則需要選擇強(qiáng)化預(yù)處理和預(yù)處理；做體外受精則需要去掉微濾安裝超濾和雙波長紫外燈.現(xiàn)在實驗室的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格，實驗室超純水作為一種重要的試劑，它關(guān)系到實驗的結(jié)果是否，以下幾點建議供參考：
1. 實驗室超純水避免與環(huán)境接觸
超純水取水后很容易遭到環(huán)境污染，所以使用前取水(即取即用)方式時zui合適的。只有把超純水與環(huán)境接觸的時間縮到極短，才能夠獲得純度*的超純水。
2. 不要長時間在儲桶中存放
在配置高純度的化學(xué)試劑時，盡量不要使用長時間儲桶中存放的超純水，因為儲桶經(jīng)長時間使用后，會因雜質(zhì)、微生物的污染而造成水質(zhì)的劣化，像這種水，在使用時已經(jīng)不再是超純水。
3. 純水儲桶安裝空氣過濾器
純水儲桶安裝空氣過濾器，防止環(huán)境因素造成的污染。
4. 超純水避免日光直射
儲水桶請勿放置在日光直射處，水溫上升，容易造成微生物繁殖。特別是半透明儲水桶，也會因為日光通透而造成藻類繁殖。
5. 取水要放掉初期的水
超純水取水時一定要將初期的出水放掉，以獲得穩(wěn)定的水質(zhì)。
6. 取水順容器側(cè)壁流入
取水時讓超純水順著容器側(cè)壁流入，盡量不要讓氣泡產(chǎn)生，可降低空氣污染。
7. 不要在終端濾器連接軟管
請不要在終端濾器后再連接軟管，使用直接取水的方式才能獲得純度高的超純水。
8. 不用超純水時把水桶中水全都放掉
長時間不用超純水時，應(yīng)將壓力儲水桶中的RO水全部放掉以防止污染。
9. 長時間不使用把初期超純水放掉
超純水機(jī)若長時間不使用，再次使用時應(yīng)把初期超純水充分放掉以確保水質(zhì)。
10. 保持超純水機(jī)至少每7—10天通水一次
原則上，超純水機(jī)應(yīng)至少每7—10天通水一次，以防止微生物污染。
實驗室用水管理
實驗室用水管理是一項嚴(yán)峻的課題，目前的實驗室大多采取桶裝純凈水搭配超純水機(jī)產(chǎn)水，但各地區(qū)的桶裝水由于水源的原因?qū)е赂髌放扑|(zhì)差異較大，而超純水機(jī)的純化技術(shù)又相對單一，難以控制產(chǎn)水水質(zhì)；另外桶裝水由于分裝、運輸時間不受監(jiān)控，難以保證其是否滿足實驗室用水水源要求，這樣使得超純水機(jī)的耗材更換頻繁，導(dǎo)致使用成本增加。
目前國內(nèi)一些實驗室和大型制藥企業(yè)都采取了中央純水系統(tǒng)來保證實驗室科研用水要求，基本可以解決以上問題；中央純水系統(tǒng)也可以增加管理功能，如：水質(zhì)實時監(jiān)控、刷卡取水、即時產(chǎn)水用水等，對于實驗工作有顯著的幫助，且提升了實驗室管理、對實驗室標(biāo)準(zhǔn)化運作提供夯實基礎(chǔ)，越來越多的人和單位都意識到了中央純水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的重要優(yōu)勢和作用。
