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純水超純水的應用和制備

2010-11-29

  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),美國臨床試驗標準國際委員會(NCCLS),美國藥學會(USP)。在此我們先對純水和超純水的主要應用做一個簡單介紹:

  1、 反滲透純水:① 實驗室器皿的最后清洗 ② 緩沖液、化學試劑配制用水 ③ 微生物培養基制備用水 ④ 氫氣發生器、室內加濕器、高壓消毒鍋用純水 ⑤ 人或實驗動物飲用水等;

  2、 超純水:① 動、植物細細胞培養用水 ② 各種醫療用生化儀、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、毒理學實驗用水 ⑤ 醫院、醫藥制劑室及中心實驗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 其他各種實驗室用水和醫藥用水。

  目前制備純水和超純水最穩定最方便的方法是通過純水/超純水系統。從世界上第一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“最佳水質,最穩水質"來不斷完善。

  一、 最佳水質

  1. 天然水中常見雜質

  包括可溶性無機物、有機物、顆粒物、微生物、可溶性氣體等。純水/超純水系統就是要盡可能徹底地去處這些雜質。

  2. 凈化水質的主要工藝

  目前常用凈化水質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。同時我們可以將水的純化過程大致分為3大步,前處理(生產出純水),離子交換(可生產出18.2MΩ-cm超純水)和后處理(生產出符合特殊要求的超純水)。根據進水的水質和對出水水質的要求,確定每一步采用的方法工藝。

  3. 前處理

  主要包括預處理單元和反滲透(RO)單元,由于預處理后的水將通過反滲透進行再一步的凈化,所以一定要盡量去除對反滲透膜有影響的雜質;主要包括大顆粒物質、余氯以及鈣離子鎂離子。在此要說明的一點是必須要根據進水水質的差異針對性地配備不同的處理單元。多數純水儀生產廠家并不能很好幫助客戶解決這個問題,這會導致后續的純化無法達到理想結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%的包括無機離子在內的絕大多數污染物,因為它出眾的純化效率,反滲透是水純化系統的一個非常有效的技術,因為反滲透能去除大部分的污物,所以它經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間。鑒于反滲透在水質純化過程中是非常關鍵并且反滲透膜的更換價格較高,我們建議用戶一定要選擇對反滲透膜有保護功能的超純水系統。

  為了盡可能延長反滲透膜的使用壽命以及提高反滲透膜的過濾效率

  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,水中的負離子與離子交換樹脂上的OH-離子交換,從而達到純化水的目的。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,在25℃時,出水電阻率達到18.2MΩ-cm。經離子交換出水水質的高低主要取決于離子交換樹脂的質量和交換柱內水與樹脂的交換效率。

  市面上離子交換樹脂魚龍混雜,質量參差不齊,用戶很難分辨。所以我們建議用戶一定要關注樹脂的品牌。

  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物或微生物,而微生物可附著在樹脂上,并以樹脂作為培養基,使得微生物可快速生長并產生熱源。因此,需配合其他的純化方法設計使用,也就是下面我們要討論的后處理部分。

  5.后處理

  主要根據客戶的特殊要求生產出低有機物型、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碳(TOC),微濾去除細菌等。

  超濾(UF)薄膜則是一個分子篩,它以尺寸為基準,讓溶液通過極細微的濾膜,以達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化合物,將超純水中的總有機碳濃度降低至5ppb以下。

  二、 最穩水質:

  超純水系統能夠制造出高質量的超純水只是第一步,對于用戶使用來說,能夠盡量長時間的穩定保持高出水水質才是用戶最為關心的問題。目前廠商大多強調讓客戶注意使用細節,常換配件耗材,而從自身方面所做的改進并不多。

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