1、水的基本性質(zhì)
1個(gè)水分子(H2O)是由1個(gè)氧原子和2個(gè)氫原子彎曲鍵結(jié)而成。由于正、負(fù)電荷的中心不一致,因此屬于性分子。當(dāng)2個(gè)水分子同時(shí)存在時(shí),二者會(huì)由靜電交互作用與氫鍵結(jié)合,互相吸引并保持一定的距離。而1個(gè)水分子可以同時(shí)與4個(gè)水分子結(jié)合,形成晶體般的整齊結(jié)構(gòu)。
水分子聚合體中,由于氫鍵鍵結(jié)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)部分?jǐn)嗔?,而形成逐次移?dòng)變化的狀態(tài),因此水在整體上呈現(xiàn)液態(tài),而此結(jié)構(gòu)變化每秒可達(dá)1012次。
一般而言,水若含有適量的鈉、鉀離子及硅酸鹽等礦物質(zhì),就會(huì)覺得好喝,若含有大量殘留的鹽類,如鎂、鈣等非酸堿中性鹽類,就會(huì)覺得難喝。也就是說,所謂的水除了H2O外,還含有許多其它的成分,而這些成分的種類和含量決定了水的味道。
水易溶解鹽類,即使陰陽離子經(jīng)由靜電的交互作用,很強(qiáng)的結(jié)合在一起,在水中也很容易電解。這是因?yàn)椋肿涌梢院碗x子結(jié)合產(chǎn)生“水合離子”。離子的半徑很小,電荷大的離子會(huì)與水分子強(qiáng)力的交互作用,由水分子在離子的周圍緊密排列。這時(shí)候,陽離子會(huì)與帶負(fù)矩的氧原子相互作用,而陰離子則形成相反的結(jié)構(gòu)。
2、水中存在的雜質(zhì)
源水雜質(zhì)(共5類) A. 電解質(zhì) B. 有機(jī)物 C. 顆粒物質(zhì) D. 微生物 E. 溶解氣體
A.電解質(zhì):水中的電解質(zhì)包括可溶性無機(jī)物,有機(jī)物,以及帶電的膠體粒子。影響水的電導(dǎo)率。通常水的雜質(zhì)越多,水的電導(dǎo)率就會(huì)高。我們知道,雜質(zhì)多的水,對(duì)我們的化學(xué)分析會(huì)產(chǎn)生很不利的影響。電解質(zhì)中尤以陰陽離子為主。一般可以通過用離子色譜法或原子吸收光譜法對(duì)其進(jìn)行含量測(cè)定。也可聯(lián)用質(zhì)譜法分析,對(duì)其中的位未知組分初步鑒定。
B.有機(jī)物:水中所含的有機(jī)物通常指有機(jī)酸和有機(jī)金屬化合物,測(cè)定方法通常為測(cè)定其化學(xué)耗氧量。
C.顆粒物質(zhì):泥沙、塵埃、有機(jī)物、微生物等。可以用專門的顆粒測(cè)定器測(cè)定
D.微生物:細(xì)菌,浮游生物,藻類等
E.溶解氣體:N2 、O2、 CL2 、 CO 、 CO2 等,可以用氣相色譜法測(cè)定其含量
3、實(shí)驗(yàn)用水所要求的純度
所謂實(shí)驗(yàn),是指對(duì)現(xiàn)象所推測(cè)的假設(shè)加以驗(yàn)證的動(dòng)作。假設(shè)能否被證明為真理,與假設(shè)能否具有再現(xiàn)性的結(jié)果至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)性除了要有良好的技巧,還受到所用化學(xué)試劑的純度和分析儀器的精密度的影響。實(shí)驗(yàn)中用來配置溶液的化學(xué)試劑,及所使用的水的純度也非常重要。假設(shè)水中污染物對(duì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)會(huì)造成影響,就必須去除這些物質(zhì)。此外,為了取得良好的再現(xiàn)性結(jié)果,使用能保持穩(wěn)定水質(zhì)的純水是必要的。
隨著實(shí)驗(yàn)用的分析系統(tǒng)靈敏度的提高,對(duì)水的純度有了更高的要求。 1ppm = 1mg/L 1ppb = 1μg/L 1ppt = 1ng/L = 1μg/ml
4、水的純度的表示方法
在水中,將距離1cm的兩片表面積為1cm2大小的電加以通電,來監(jiān)測(cè)兩間的導(dǎo)電率,通過所加電壓和測(cè)得的電流能夠獲知兩間的電阻值,這個(gè)數(shù)值在水質(zhì)分析中通常被稱為電阻率或比電阻,其單位用MΩ.cm(mega ohm-centimeter)來表示。
電阻率的倒數(shù)稱為導(dǎo)電率或電導(dǎo)率,用μs/cm(micro Siemens per centimeter)來表示。
這兩個(gè)參數(shù)是表示水的純度的常用參數(shù)。
將自來水中的離子去除,會(huì)使得電阻率值升高(導(dǎo)電率降低),但并非無限制的增加,這是因?yàn)椴糠炙肿訒?huì)電離為氫離子和氫氧根離子,其電阻率值限值18.248MΩ.cm(25℃)。此外,電阻率值會(huì)隨著水的電離常數(shù)而改變,因而會(huì)受到水溫的影響。例如,25℃的超純水,其電阻值為18.2MΩ.cm,但在0℃則為84.2MΩ.cm, 100 ℃則為1.3MΩ.cm。在25 ℃附近,當(dāng)溫度上升1 ℃,其電阻值將下降0.84MΩ.cm。因此,多使用補(bǔ)償至25 ℃的電阻率值來做衡量標(biāo)準(zhǔn)。
此外像總有機(jī)碳含量(TOC),熱源內(nèi)毒素含量,細(xì)菌含量,顆粒含量,微生物含量,總?cè)芙夤腆w含量(TDS)等也常常被用作補(bǔ)充說明水質(zhì)的重要參數(shù)。因此,水的純度標(biāo)準(zhǔn)通常由以上這些參數(shù)的一項(xiàng)或幾項(xiàng)來綜合說明、分級(jí)。
5、純水的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
實(shí)驗(yàn)室純水可分為4個(gè)常規(guī)等級(jí):純水、去離子水、實(shí)驗(yàn)室Ⅱ級(jí)純水和超純水
純水:純化水平低,通常電導(dǎo)率在1-50μs/cm之間。它可經(jīng)由單一弱堿性陰離子交換樹脂、反滲透或單次蒸餾制成。典型的應(yīng)用包括玻璃器皿的清洗、高壓滅菌器、恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱和清洗機(jī)用水。
去離子水:電導(dǎo)率通常在1.0-0.1μs/cm之間。通過采用含強(qiáng)陰離子交換樹脂的混床離子交換制成,但它有相對(duì)較高的有機(jī)物和細(xì)菌污染水平,能滿足多種需求,如清洗、制備分析標(biāo)準(zhǔn)樣、制備試劑和稀釋樣品等。
實(shí)驗(yàn)室Ⅱ級(jí)純水:電導(dǎo)率<1.0μs/cm,總有機(jī)碳(TOC)含量小于50ppb以及細(xì)菌含量低于1CFU/ml。其水質(zhì)可適用于多種需求,從試劑制備和溶液稀釋,到為細(xì)胞培養(yǎng)配備營(yíng)養(yǎng)液和微生物研究。這種純水可雙蒸而成,或整合RO和離子交換/EDI多種技術(shù)制成,也可以再結(jié)合吸附介質(zhì)和UV燈。
超純水:這種級(jí)別的純水在電阻率、有機(jī)物含量、顆粒和細(xì)菌含量方面接近理論上的純度限,通過離子交換、RO膜或蒸餾手段預(yù)純化,再經(jīng)過核子級(jí)離子交換精純化得到超純水。通常超純水的電阻率可達(dá)18.2MΩ-cm ,TOC<10ppb,濾除0.1μm甚至更小的顆粒,細(xì)菌含量低于1CFU/ml。超純水適合多種精密分析實(shí)驗(yàn)的需求,如液相色譜(HPLC),離子色譜(IC)和離子捕獲-質(zhì)譜(ICP-MS)。少熱源超純水適用于像真核細(xì)胞培養(yǎng)等生物應(yīng)用,超濾技術(shù)通常用于去除大分子生物活性物質(zhì),如熱源(結(jié)果為<0.005IU/ml)以及無法檢測(cè)到的核酸酶和蛋白酶。
目前世界上比較通用的純水標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾個(gè):
化組織(ISO),美國臨床病理學(xué)會(huì)(CAP)試藥級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn),美國測(cè)試和材料實(shí)驗(yàn)社團(tuán)組織(ASTM),臨床試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(NCCLS),美國藥學(xué)會(huì)(USP)等。同時(shí),我國也有相應(yīng)的純水標(biāo)準(zhǔn):中國國家電子級(jí)超純水規(guī)格GB/T11446-1997和中國國家實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格GB6682-92等。因此市面上絕大多數(shù)的純水系統(tǒng),無論是進(jìn)口的還是國產(chǎn)的,都是依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)流程的。
6、純水的應(yīng)用
目前純水主要應(yīng)用在兩大領(lǐng)域:
一、生命科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域二、分析和常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域
生命科學(xué)應(yīng)用方面,主要有:細(xì)菌細(xì)胞培養(yǎng),臨床生物化學(xué),電泳,電生理學(xué),酶聯(lián)免疫吸附分析,內(nèi)毒素分析,組織學(xué),水栽培,細(xì)胞免疫化學(xué),哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng),介質(zhì)制備,微生物分析,分子生物學(xué),單克隆抗體研究,植物組織培養(yǎng),放射性免疫分析等等。
分析和常規(guī)應(yīng)用方面,主要有:蒸餾水器供水,蒸汽發(fā)生器,玻璃器皿清洗,樣本稀釋和試劑制備,超純水系統(tǒng)供水,固相萃取,普通化學(xué),電化學(xué),分光光度計(jì),TOC分析,水質(zhì)分析,離子色譜,火焰法原子吸收(Flame-AAS),石墨爐原子吸收(GF-AAS),液相色譜(HPLC),液質(zhì)聯(lián)用(HPLC-MS),電耦合等離子光譜儀(ICP-AES),等離子質(zhì)譜(ICP-MS),痕量金屬檢測(cè),氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)等等.
對(duì)水的純度要求高的幾個(gè)主要應(yīng)用:
電泳:電泳用水重要的要求是生物活性物質(zhì)諸如內(nèi)毒素(通常小于0.05EU/ml),核糖核酸酶和蛋白酶(不可測(cè)定)的去除。好用電阻率18.2 MΩ-cm,TOC<10ppb,0.1μm或更小孔徑的微濾以及細(xì)菌含量低于1CFU/ml的超純水作為供水。
內(nèi)毒素分析:從分離到細(xì)胞培養(yǎng)的各種應(yīng)用領(lǐng)域用水都要求規(guī)定內(nèi)毒素指標(biāo),內(nèi)毒素大指標(biāo)范圍從0.25IU/ml到0.03IU/ml。對(duì)內(nèi)毒素分析,適用少內(nèi)毒素的超純水,通常是0.05IU/ml或更小。超濾是制造少內(nèi)毒素超純水的必須手段(上通常使用MWCO為5000道爾頓的超濾膜),而且可以結(jié)合UV等進(jìn)行光氧化。
石磨爐原子吸收光譜:GF-AAS與其他原子吸收光譜測(cè)定的不同之處是,其火焰爐被電子發(fā)熱石墨管或棒替代,能在元素分析中達(dá)到很高的靈敏度。GF-AAS要求*純水系統(tǒng),提供ppt級(jí)的雜質(zhì)水平,18.2 MΩ-cm的電阻率和低TOC水平。內(nèi)置監(jiān)測(cè)儀提供純度保證,終的水質(zhì)指標(biāo)是由良好的預(yù)處理系統(tǒng),加上連續(xù)循環(huán)流路和純水的超純化而實(shí)現(xiàn)。
電感耦合等離子光譜儀:在ICP-AES應(yīng)用中,對(duì)不同元素的靈敏度明顯不同,但金屬、過渡金屬、磷和硫檢測(cè)下限都在ppb范圍內(nèi)。ICP-AES對(duì)水的純度要求相當(dāng)嚴(yán)格,電阻率大于18 MΩ-cm的超純水是必須的,TOC的要求一般不太重要,前處理要求反滲透或離子交換。
等離子質(zhì)譜:ICP-MS可被用于測(cè)定在ppt水平的元素。對(duì)這種靈敏的ICP-MS分析工作,水的純度要求非常嚴(yán)格,要求水中雜質(zhì)在ppt水平,電阻率18.2 MΩ-cm和較低的TOC。終的水質(zhì)指標(biāo)是由良好的預(yù)處理系統(tǒng),加上連續(xù)循環(huán)流路和純水的超純化而實(shí)現(xiàn)。
質(zhì)譜分析:質(zhì)譜能對(duì)混合物進(jìn)行痕量分析,由于其高靈敏度,要求高純度的用水。所有的樣本制備和前處理,例如固相萃取都需要超純水。要求水中雜質(zhì)在ppt水平,進(jìn)行有機(jī)物分析時(shí)要求電阻率18.2 MΩ-cm,非常低的TOC,一般指標(biāo)小于3ppb。
痕量金屬檢測(cè):先進(jìn)的現(xiàn)代分析儀器不斷提升分析的靈敏度。痕量元素現(xiàn)在通過使用諸如ICP-MS技術(shù),可測(cè)定在ppt和亞ppt水平的物質(zhì)。痕量分析工作需要不含可測(cè)定成分的純水,并且水質(zhì)要求適用于嚴(yán)格靈敏的ICP-MS工作。因此,試劑,標(biāo)準(zhǔn)樣稀釋和樣本制備均需要純度高的超純水,甚至需要在無塵室中操作。
隨著科技的發(fā)展,越來越多的應(yīng)用開始要求使用純度高的超純水。
7、超純水保持佳水質(zhì)的方法
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(shí)合適的。只有把超純水與環(huán)境接觸的時(shí)間縮到短,才能夠獲得純度高的超純水。
在配置高純度的化學(xué)試劑時(shí),盡量不要使用長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)桶中存放的超純水,因?yàn)閮?chǔ)桶經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后,會(huì)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(shí)已經(jīng)不再是超純水。純水儲(chǔ)桶好安裝空氣過濾器,防止環(huán)境因素造成的污染。
儲(chǔ)水桶請(qǐng)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(chǔ)水桶,也會(huì)因?yàn)槿展馔ㄍ付斐稍孱惙敝场?br />超純水取水時(shí)一定要將初期的出水放掉,以獲得穩(wěn)定的水質(zhì)。
取水時(shí)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。
請(qǐng)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。
長(zhǎng)時(shí)間不用純水時(shí),應(yīng)將壓力儲(chǔ)水桶中的RO水全部放掉以防止污染。
超純水機(jī)若長(zhǎng)時(shí)間不使用,再次使用時(shí)應(yīng)把初期純水充分放掉以確保水質(zhì)。
原則上,純水機(jī)應(yīng)至少每7—10天通水一次,以防止微生物污染。
超純水使用要點(diǎn):
1.即取即用
2.排掉前端初期水
3.取水時(shí)避免產(chǎn)生氣泡
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
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