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    實驗室里用水的純度及如何進行分級
    發布時間:2021/10/20點擊次數:

    01

    水的基本性質

    1個水分子(H2O)是由1個氧原子和2個氫原子彎曲鍵結而成。由于正、負電荷的中心不一致,因此屬于極性分子。當2個水分子同時存在時,二者會由靜電交互作用與氫鍵結合,互相吸引并保持一定的距離。而1個水分子可以同時與4個水分子結合,形成晶體般的整齊結構。

    水分子聚合體中,由于氫鍵鍵結的網狀結構會部分斷裂,而形成逐次移動變化的狀態,因此水在整體上呈現液態,而此結構變化每秒可達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,就會覺得好喝,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。

    水極易溶解鹽類,即使陰陽離子經由靜電的交互作用,很強的結合在一起,在水中也很容易電解。這是因為,水分子可以和離子結合產生“水合離子”。離子的半徑很小,電荷大的離子會與水分子強力的交互作用,由水分子在離子的周圍緊密排列。這時候,陽離子會與帶負極矩的氧原子相互作用,而陰離子則形成相反的結構。

    02

    水中存在的雜質

    可溶性無機物:無機鹽類、溶解氣體、重金屬、硬度成分(鈣、鎂等)。

    可溶性有機物:木質素、單寧、腐植酸、內毒素、RNA分解酶、農藥。、三氯甲烷、環境荷爾蒙物質、界面活性劑、有機溶劑。

    微粒子:鐵銹、膠體、懸浮物、固體顆粒。

    微生物:細菌類、藻類。

    03

    實驗用水所要求的純度

    所謂實驗,是指對現象所推測的假設加以驗證的動作。假設能否被證明為真理,與假設能否具有再現性的結果至關重要。實驗的再現性除了要有良好的技巧,還受到所用化學試劑的純度和分析儀器的精密度的影響。實驗中用來配置溶液的化學試劑,及所使用的水的純度也非常重要。假設水中污染物對實驗檢測會造成影響,就必須去除這些物質。此外,為了取得良好的再現性結果,使用能保持穩定水質的純水是必要的。

    隨著實驗用的分析系統靈敏度的提高,對水的純度有了更高的要求。

    1ppm=1mg/L

    1ppb=1μg/L

    1ppt=1ng/L=1μg/ml

    在水中,將距離1cm的兩片表面積為1cm2大小的電極加以通電,來監測兩極間的導電率,通過所加電壓和測得的電流能夠獲知兩極間的電阻值,這個數值在水質分析中通常被稱為電阻率或比電阻,其單位用MΩ.cm(megaohm-centimeter)來表示。電阻率的倒數稱為導電率或電導率,用μs/cm(microSiemenspercentimeter)來表示。

    這兩個參數是表示水的純度的最常用參數。

    將自來水中的離子去除,會使得電阻率值升高(導電率降低),單并非無限制的增加,這是因為部分水分子會電離為氫離子和氫氧根離子,其電阻率值極限值18.248MΩ.cm(25℃)。此外,電阻率值會隨著水的電離常數而改變,因而會受到水溫的影響。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,當溫度上升1℃,其電阻值將下降0.84MΩ.cm。因此,多使用補償至25℃的電阻率值來做衡量標準。

    此外像總有機碳含量(TOC),熱源內毒素含量,細菌含量,顆粒含量,微生物含量,總溶解固體含量(TDS)等也常常被用作補充說明水質的重要參數。因此,水的純度標準通常由以上這些參數的一項或幾項來綜合說明、分級。

    04

    純水的分級標準

    實驗室純水可分為4個常規等級:純水、去離子水、實驗室Ⅱ級純水和超純水。

    純水:純化水平最低,通常電導率在1-50μs/cm之間。它可經由單一弱堿性陰離子交換樹脂、反滲透或單次蒸餾制成。典型的應用包括玻璃器皿的清洗、高壓滅菌器、恒溫恒濕實驗箱和清洗機用水。

    去離子水:電導率通常在1.0-0.1μs/cm之間。通過采用含強陰離子交換樹脂的混床離子交換制成,但它有相對較高的有機物和細菌污染水平,能滿足多種需求,如清洗、制備分析標準樣、制備試劑和稀釋樣品等。

    實驗室Ⅱ級純水:電導率<1.0μs/cm,總有機碳(TOC)含量小于50ppb以及細菌含量低于1CFU/ml。其水質可適用于多種需求,從試劑制備和溶液稀釋,到為細胞培養配備營養液和微生物研究。這種純水可雙蒸而成,或整合RO和離子交換/EDI多種技術制成,也可以再結合吸附介質和UV燈。

    超純水:這種級別的純水在電阻率、有機物含量、顆粒和細菌含量方面接近理論上的純度極限,通過離子交換、RO膜或蒸餾手段預純化,再經過核子級離子交換精純化得到超純水。通常超純水的電阻率可達18.2MΩ-cm,TOC<10ppb,濾除0.1μm甚至更小的顆粒,細菌含量低于1CFU/ml。超純水適合多種精密分析實驗的需求,如高效液相色譜(HPLC),離子色譜(IC)和離子捕獲-質譜(ICP-MS)。少熱源超純水適用于像真核細胞培養等生物應用,超濾技術通常用于去除大分子生物活性物質,如熱源(結果為<0.005IU/ml)以及無法檢測到的核酸酶和蛋白酶。

    目前世界上比較通用的純水標準主要有以下幾個:國際標準化組織(ISO),美國臨床病理學會(CAP)試藥級用水標準,美國測試和材料實驗社團組織(ASTM),臨床試驗標準國際委員會(NCCLS),美國藥學會(USP)等。同時,我國也有相應的純水標準:中國國家電子級超純水規格GB/T 11446-1997和中國國家實驗室用水規格GB/T 6682-2008等。因此市面上絕大多數的純水系統,無論是進口的還是國產的,都是依據這些標準來設計流程的。

    05

    實驗室用水標準

    中國國家實驗室用水國家標準GB6682-2008

    一級水用于有嚴格要求的分析實驗,如,液相色譜分析用水等。

    二級水用于無機痕量分析,如,原子吸收光譜分析用水等。

    三級水用于一般化學分析實驗。

    國標(GB6682-2008)的補充說明:由于在一級和二級水的純度下,難于測定其真實的pH值,因此對一級和二級水的pH值范圍國標規定。

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