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      實驗室之在水一方

      發布時間: 2017-10-20  點擊次數: 658次

      在我們所進行的生物、化學、醫學、藥物、合成材料等實驗和相關的檢測工作中,水起到了重要作用:清洗器皿、處理樣本、配制溶液等。實驗用水的質量也決定了實驗的精度、穩定性等,因此對實驗用水的生產工藝和設備也有*的要求。

       

      隨著科學技術的進步,人們對自然界中各類事物的認識都朝著微觀化,本質化的方向發展,很多實驗、檢測對試劑或培養環境中的雜質的要求都達到了ppb級,有的甚至達到ppt級;如在生命科學研究過程中,對水中的多種污染物十分敏感,尤其重金屬和可溶性有機物;HPLC中要求的超純水等等。鑒于此,多個專業研究組織建立了水的質量標準。這些組織和標準有:中華人民共和國國家標準GB6682-92《分析實驗室用水規格和實驗方法》,中華人民共和國國家標準GB/T11446.1-1997 《電子級水規格和實驗方法》,美國化學社團組織(ACS),美國測試和材料實驗社團組織(ASTM),美國臨床試驗標準委員會(NCCLS),美國藥學會(USP)。目前制備純水和超純水zui穩定zui方便的方法是通過純水/超純水系統。從世界上*臺超純水系統問世到現在,超純水系統的設計生產理念就一直圍繞著“*水質,zui穩水質”來不斷完善。

       

      分析儀器(如HPLC、IC、AAS、ICP等)、細胞生物學、分析生物學、標準溶液和空白溶液配置、以及納米材料科學等都會用到超純水。大家知道自來水中含有千萬種會影響科學實驗結果的雜質,那么如何去除雜質,制造出“超純水”?我們需要利用先進的技術來純化水質。超純水制造出來的瞬間,即刻開始與接觸的環境產生溶解反應,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境中吸收雜質,如顆粒,揮發性有機物、細菌及其他污染物等,也可能從低級塑料和玻璃制造的儲水器中吸收化學溶出物污染水質,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型的相對強酸、強堿、共軛酸、共軛堿,碳酸就成為了*主導型的弱酸,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下去,我們可以用電阻率的變化來監測這個過程。實踐證明15MΩ.cm以上的超純水暴露在空氣中1個小時后水質就會下降至4MΩ.cm左右。

       

      圖片1

      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、揮發性有機物、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,我們根據用水需求的不同而采取不同的純化技術。天然水中通常含有五種雜質:

      1.電解質,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. 有機物質,如:有機酸、農藥、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、CH等。

       

      水純化技術

       

      所謂水的純化,就是要去掉這些雜質。雜質去的越*,水質也就越純凈。

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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,經過多級蒸餾水,出水才可達到很純,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的無機酸;含此種無機酸的水再通過陰離子交換樹脂(常用的為苯乙烯型強堿性陰離子)OH-被置換到水中,并和水中的H+結合成水,此即去離子水。去離子水在現代工業中有著非常廣泛的用途,使用去離子水,是我國很多行業提高產品質量的,趕超*水平的重要手段之一。 由于去離子水中的離子數可以被人為的控制,從而,使它的電阻率、溶解度、腐蝕性、病毒細菌等物理、化學及病理等指標均得到良好的控制。在工業生產及實驗室的實驗中,如果涉及到使用水的工藝都被使用了去離子水,那么,許多參數會更接近設計或理想數據,產品質量將變得易于控制。

       

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      高純水,是指化學純度*的水,其主要應用在生物、化學化工、冶金、宇航、電力等領域,但其對水質純度要求相當高,所以一般應用zui普遍的還是電子工業。例如電力系統所用的純水,要求各雜質含量低達到“微克/升”級。在純水的制作中,水質標準所規定的各項指標應該根據電子(微電子)元器件(或材料)的生產工藝而定(如普遍認為造成電路性能破壞的顆粒物質的尺寸為其線寬的1/5-1/10),但由于微電子技術的復雜性和影響產品質量的因素繁多,至今尚無一份由工藝試驗得到的適用于某種電路生產的完整的水質標準。不過近年來電子級水標準也在不斷地修訂,而且高純水分析領域的許多突破和發展,新的儀器和新分析方法的不斷應用都為制水工藝的發展創造了條件。高純水的國家標準為:GB1146.1-89至GB1146.11-89[168],目前我國高純水的標準將電子級水分為五個級別:Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級,該標準是參照ASTM電子級標準而制定的。

       

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      超純水則可以認為是一般工藝很難達到的程度,如水的電阻率大于18MΩ*cm(沒有明顯界線),則稱為超純水。關鍵是看你用水的純度及各項征性指標,如電導率或電阻率,PH值,鈉,重金屬,二氧化硅,溶解有機物,微粒子,以及微生物指標等。目前,高校、研究所及其他單位的實驗室普遍使用純水、超純水機代替蒸餾水器制水,如:環境監測站、食品藥品檢驗所、疾控中心、質檢所以及一些企業的化驗室等。

       

      超純水機的選擇

       

      相比電熱蒸餾水器或在外買水來講,實驗室超純水機提供了較多的實惠和方便,這點已經得到了廣大科研人員的認可,但該儀器畢竟是實驗室的基礎設備,雖然有不少技術人員在使用超純水機,但其對超純水機的了解還不多,常常在選購上存在誤區。如何選購適合本單位的超純水機,請參考以下內容,希望對你有所幫助。

       

      用水量

      目前市場上的超純水機的造水量一般在5—20升/小時,20升以上的就是非標準機型??蛻魬鶕嶋H用水量來選用超純水機的規格,一般遵循2倍關系原則。如用水量是10升/天,則選用規格為20升/小時的機器,如果選用規格太小,超純水機的耗材消耗會很快,選用規格太大,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。

       

      用水水質

      國家實驗室標準用水有一級水、二級水、三級水三種水質,但大多數實驗室用兩種水質即可,一是三級水,如蒸餾水,用于玻璃器皿的清洗等;二是一級水,主要用于化學分析或者液相、原子吸收等精密儀器分析??蛻魬鶕嶋H水質需求來選用超純水機的檔次。以自來水為水源的超純水機都具有兩個(兩種水質)的出水口,一是純水,即三級水;二是一級水,即超純水(嚴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)。

       

      多數客戶對自己的水質需求并不清楚,國家相關部門雖然有各種水質標準,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,往往在選購好超純水機之后才發現水質不達標。根據經驗,可以遵循以下幾個選購原則,相對應即可。

       

      1. 實驗內容

      分無機實驗和有機實驗,無機實驗只需電阻大于18兆歐的水質就行,而有機實驗則通常要去除水中的有機物質,所以除了電阻大于18兆歐以外,還需要總有機碳的指標。如果是生物方面的實驗,在要去除水中的細菌。

       

      2. 儀器種類

      客戶可以根據使用的儀器種類來選擇超純水機。液相用水的電阻大于18兆歐;并且要去除有機物;原子吸收、原子熒光及環境監測儀器用水大于18兆歐就行;PCR等生命科學儀器用水除了電阻大于18兆歐以外,還需除菌,除有機物,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廠商,其技術人員會根據該情況來推薦相應的規格型號。以上三種原則是根據實際的應用經驗得來的,可以參考,但是zui準確的型號選擇還是盡量提供詳細的水質參數,如電阻、微量元素、細菌、總有機碳水平等。

       

      原水水質

      客戶在選購超純水機時一定要向廠商提供原水的水質狀況,比如泥沙多,硬度高,地下水等情況,超純水機的工藝是根據原水水質的好壞來確定的,泥沙多,要添加預處理裝置,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,則只需要提供水質需求和用水量就可以了。

       

      如何用模塊化來選擇純水機

      根據中國的*水質,提出超純水機的六大模塊化選擇,滿足用戶需求;六大模塊包括:預處理(強化預處理)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率大于400μs/cm,則需要選擇強化預處理和預處理;做體外受精則需要去掉微濾安裝超濾和雙波長紫外燈.現在實驗室的水質標準非常嚴格,實驗室超純水作為一種重要的試劑,它關系到實驗的結果是否,以下幾點建議供參考:

       

      1. 實驗室超純水避免與環境接觸

      超純水取水后很容易遭到環境污染,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,因為儲桶經長時間使用后,會因雜質、微生物的污染而造成水質的劣化,像這種水,在使用時已經不再是超純水。

       

      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,以獲得穩定的水質。

       

      6. 取水順容器側壁流入

      取水時讓超純水順著容器側壁流入,盡量不要讓氣泡產生,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

      超純水機若長時間不使用,再次使用時應把初期超純水充分放掉以確保水質。

       

      10. 保持超純水機至少每7—10天通水一次

      原則上,超純水機應至少每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產水,但各地區的桶裝水由于水源的原因導致各品牌水質差異較大,而超純水機的純化技術又相對單一,難以控制產水水質;另外桶裝水由于分裝、運輸時間不受監控,難以保證其是否滿足實驗室用水水源要求,這樣使得超純水機的耗材更換頻繁,導致使用成本增加。

       

      目前國內一些實驗室和大型制藥企業都采取了中央純水系統來保證實驗室科研用水要求,基本可以解決以上問題;中央純水系統也可以增加管理功能,如:水質實時監控、刷卡取水、即時產水用水等,對于實驗工作有顯著的幫助,且提升了實驗室管理、對實驗室標準化運作提供夯實基礎,越來越多的人和單位都意識到了中央純水系統標準化的重要優勢和作用。

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