純水超純水的應(yīng)用和制備

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(shí)驗(yàn)、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(gè)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(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法》，美國化學(xué)社團(tuán)組織（ACS），美國測試和材料實(shí)驗(yàn)社團(tuán)組織（ASTM），美國臨床試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)委員會（NCCLS），美國藥學(xué)會（USP）。在此我們先對純水和超純水的主要應(yīng)用做一個(gè)簡單介紹：

1、 反滲透純水：① 實(shí)驗(yàn)室器皿的*后清洗 ② 緩沖液、化學(xué)試劑配制用水 ③ 微生物培養(yǎng)基制備用水 ④ 氫氣發(fā)生器、室內(nèi)加濕器、高壓消毒鍋用純水 ⑤ 人或?qū)嶒?yàn)動物飲用水等；

2、 超純水：① 動、植物細(xì)細(xì)胞培養(yǎng)用水 ② 各種醫(yī)療用生化儀、分析儀、血液透析儀用水 ③ 分析試劑及藥品配置稀釋用水 ④ 生理、病理、毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)用水 ⑤ 醫(yī)院、醫(yī)藥制劑室及中心實(shí)驗(yàn)室用純化水和高純水 ⑥ 原子吸收光譜用水 ⑦ 試管嬰兒用水 ⑧ 各種高效液相色譜、離子色譜用水 ⑨ 其他各種實(shí)驗(yàn)室用水和醫(yī)藥用水。
目前制備純水和超純水*穩(wěn)定*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(jì)生產(chǎn)理念就一直圍繞著“*佳水質(zhì)，*穩(wěn)水質(zhì)”來不斷完善。

一、 *佳水質(zhì)
1． 天然水中常見雜質(zhì)
包括可溶性無機(jī)物、有機(jī)物、顆粒物、微生物、可溶性氣體等。純水/超純水系統(tǒng)就是要盡可能徹底地去處這些雜質(zhì)。

2． 凈化水質(zhì)的主要工藝
目前常用凈化水質(zhì)的工藝方法有蒸餾法、反滲透法、離子交換法、過濾法、吸附法、紫外氧化法等。同時(shí)我們可以將水的純化過程大致分為3大步，前處理（生產(chǎn)出純水），離子交換（可生產(chǎn)出18.2MΩ-cm超純水）和后處理（生產(chǎn)出符合特殊要求的超純水）。根據(jù)進(jìn)水的水質(zhì)和對出水水質(zhì)的要求，確定每一步采用的方法工藝。

3． 前處理
主要包括預(yù)處理單元和反滲透（RO）單元，由于預(yù)處理后的水將通過反滲透進(jìn)行再一步的凈化，所以一定要盡量去除對反滲透膜有影響的雜質(zhì)；主要包括大顆粒物質(zhì)、余氯以及鈣離子鎂離子。在此要說明的一點(diǎn)是必須要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的差異針對性地配備不同的處理單元。多數(shù)純水儀生產(chǎn)廠家并不能很好幫助客戶解決這個(gè)問題，這會導(dǎo)致后續(xù)的純化無法達(dá)到理想結(jié)果并縮短反滲透膜等儀器主要部件的壽命。


反滲透是使用一個(gè)高壓泵對高濃度溶液提供比滲透壓差大的壓力，水分子將被迫通過半透膜到低濃度的一邊，反滲透可以濾除90%-99%的包括無機(jī)離子在內(nèi)的絕大多數(shù)污染物，因?yàn)樗霰姷募兓�，反滲透是水純化系統(tǒng)的一個(gè)非常有效的技術(shù)，因?yàn)榉礉B透能去除大部分的污物，所以它經(jīng)常被用作為前道處理手段，能顯著地延長去離子交換柱的使用時(shí)間。鑒于反滲透在水質(zhì)純化過程中是非常關(guān)鍵并且反滲透膜的更換價(jià)格較高，我們建議用戶一定要選擇對反滲透膜有保護(hù)功能的超純水系統(tǒng)。

4．離子交換
離子交換即是，水中的正離子與離子交換樹脂中的H+ 離子交換，水中的負(fù)離子與離子交換樹脂上的OH-離子交換，從而達(dá)到純化水的目的。通過離子交換去除離子，理論上幾乎能除去所有的離子物質(zhì)，在25℃時(shí)，出水電阻率達(dá)到18.2MΩ-cm。經(jīng)離子交換出水水質(zhì)的高低主要取決于離子交換樹脂的質(zhì)量和交換柱內(nèi)水與樹脂的交換效率。

這里要注意的是離子交換法能有效的去除離子，卻無法有效的去除大部分的有機(jī)物或微生物，而微生物可附著在樹脂上，并以樹脂作為培養(yǎng)基，使得微生物可快速生長并產(chǎn)生熱源。因此，需配合其他的純化方法設(shè)計(jì)使用，也就是下面我們要討論的后處理部分。

5．后處理
主要根據(jù)客戶的特殊要求生產(chǎn)出低有機(jī)物型、低熱源型等的超純水。針對不同要求有多種處理方式，如超濾過濾法用于去除熱源，雙波長紫外氧化法用于降低水中總有機(jī)碳（TOC），微濾去除細(xì)菌等。
超濾（UF）薄膜則是一個(gè)分子篩，它以尺寸為基準(zhǔn)，讓溶液通過極細(xì)微的濾膜，以達(dá)到分離溶液中不同大小分子的目的，可將超純水中的熱源含量降至0.001EU/ml以下。雙波長紫外氧化法可利用光氧化有機(jī)化合物，將超純水中的總有機(jī)碳濃度降低至5ppb以下。

二、 *穩(wěn)水質(zhì)
超純水系統(tǒng)能夠制造出高質(zhì)量的超純水只是步，對于用戶使用來說，能夠盡量長時(shí)間的穩(wěn)定保持高出水水質(zhì)才是用戶*為關(guān)心的問題。目前廠商大多強(qiáng)調(diào)讓客戶注意使用細(xì)節(jié)，常換配件耗材，而從自身方面所做的改進(jìn)并不多。

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原創(chuàng)作者：上海聯(lián)曼實(shí)業(yè)有限公司