纯水超纯水的应用和制备

随着科学技术的进步，人们对自然界中各类事物的认识都朝着微观化，本质化的方向发展，很多实验、检测对试剂或培养环境中的杂质的要求都达到了ppb级，有的甚至达到ppt级；如在生命科学研究过程中，对水中的多种污染物十分敏感，尤其重金属和可溶性有机物；HPLC中要求的超纯水等等。鉴于此，多个专业研究组织建立了水的质量标准。这些组织和标准有：中华人民共和国国家标准GB6682-92《分析实验室用水规格和实验方法》，中华人民共和国国家标准GB/T11446.1-1997《电子级水规格和实验方法》，美国化学社团组织（ACS），美国测试和材料实验社团组织（ASTM），美国临床试验标准国际委员会（NCCLS），美国药学会（USP）。在此我们先对纯水和超纯水的主要应用做一个简单介绍：

1、 反渗透纯水：① 实验室器皿的最后清洗 ② 缓冲液、化学试剂配制用水 ③ 微生物培养基制备用水 ④ 氢气发生器、室内加湿器、高压消毒锅用纯水 ⑤ 人或实验动物饮用水等；

2、 超纯水：① 动、植物细细胞培养用水 ② 各种医疗用生化仪、分析仪、血液透析仪用水 ③ 分析试剂及药品配置稀释用水 ④ 生理、病理、毒理学实验用水 ⑤ 医院、医药制剂室及中心实验室用纯化水和高纯水 ⑥ 原子吸收光谱用水 ⑦ 试管婴儿用水 ⑧ 各种高效液相色谱、离子色谱用水 ⑨ 其他各种实验室用水和医药用水。
目前制备纯水和超纯水最稳定最方便的方法是通过纯水/超纯水系统。从世界上第一台超纯水系统问世到现在，超纯水系统的设计生产理念就一直围绕着“最佳水质，最稳水质”来不断完善。

一、 最佳水质
1． 天然水中常见杂质
包括可溶性无机物、有机物、颗粒物、微生物、可溶性气体等。纯水/超纯水系统就是要尽可能彻底地去处这些杂质。

2． 净化水质的主要工艺
目前常用净化水质的工艺方法有蒸馏法、反渗透法、离子交换法、过滤法、吸附法、紫外氧化法等。同时我们可以将水的纯化过程大致分为3大步，前处理（生产出纯水），离子交换（可生产出18.2MΩ-cm超纯水）和后处理（生产出符合特殊要求的超纯水）。根据进水的水质和对出水水质的要求，确定每一步采用的方法工艺。

3． 前处理
主要包括预处理单元和反渗透（RO）单元，由于预处理后的水将通过反渗透进行再一步的净化，所以一定要尽量去除对反渗透膜有影响的杂质；主要包括大颗粒物质、余氯以及钙离子镁离子。在此要说明的一点是必须要根据进水水质的差异针对性地配备不同的处理单元。多数纯水仪生产厂家并不能很好帮助客户解决这个问题，这会导致后续的纯化无法达到理想结果并缩短反渗透膜等仪器主要部件的寿命。

反渗透是使用一个高压泵对高浓度溶液提供比渗透压差大的压力，水分子将被迫通过半透膜到低浓度的一边，反渗透可以滤除90%-99%的包括无机离子在内的绝大多数污染物，因为它出众的纯化效率，反渗透是水纯化系统的一个非常有效的技术，因为反渗透能去除大部分的污物，所以它经常被用作为前道处理手段，能显著地延长去离子交换柱的使用时间。鉴于反渗透在水质纯化过程中是非常关键并且反渗透膜的更换价格较高，我们建议用户一定要选择对反渗透膜有保护功能的超纯水系统。

4．离子交换
离子交换即是，水中的正离子与离子交换树脂中的H+ 离子交换，水中的负离子与离子交换树脂上的OH-离子交换，从而达到纯化水的目的。通过离子交换去除离子，理论上几乎能除去所有的离子物质，在25℃时，出水电阻率达到18.2MΩ-cm。经离子交换出水水质的高低主要取决于离子交换树脂的质量和交换柱内水与树脂的交换效率。

这里要注意的是离子交换法能有效的去除离子，却无法有效的去除大部分的有机物或微生物，而微生物可附着在树脂上，并以树脂作为培养基，使得微生物可快速生长并产生热源。因此，需配合其他的纯化方法设计使用，也就是下面我们要讨论的后处理部分。

5．后处理
主要根据客户的特殊要求生产出低有机物型、低热源型等的超纯水。针对不同要求有多种处理方式，如超滤过滤法用于去除热源，双波长紫外氧化法用于降低水中总有机碳（TOC），微滤去除细菌等。
超滤（UF）薄膜则是一个分子筛，它以尺寸为基准，让溶液通过极细微的滤膜，以达到分离溶液中不同大小分子的目的，可将超纯水中的热源含量降至0.001EU/ml以下。双波长紫外氧化法可利用光氧化有机化合物，将超纯水中的总有机碳浓度降低至5ppb以下。

二、 最稳水质
超纯水系统能够制造出高质量的超纯水只是第一步，对于用户使用来说，能够尽量长时间的稳定保持高出水水质才是用户最为关心的问题。目前厂商大多强调让客户注意使用细节，常换配件耗材，而从自身方面所做的改进并不多。

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