純水超純水的應(yīng)用和制備

作者：顧子華 章保平 力新儀器（上海）有限公司

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)自然界中各類(lèi)事物的認(rèn)識(shí)都朝著微觀化，本質(zhì)化的方向發(fā)展，很多實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)對(duì)試劑或培養(yǎng)環(huán)境中的雜質(zhì)的要求都達(dá)到了ppb級(jí)，有的甚至達(dá)到ppt級(jí)；如在生命科學(xué)研究過(guò)程中，對(duì)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(zhuān)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(guó)國(guó)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11446.1-1997《電子級(jí)水規(guī)格和實(shí)驗(yàn)方法》，美國(guó)化學(xué)社團(tuán)組織（ACS），美國(guó)測(cè)試和材料實(shí)驗(yàn)社團(tuán)組織（ASTM），美國(guó)臨床試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（NCCLS），美國(guó)藥學(xué)會(huì)（USP）。在此我們先對(duì)純水和超純水的主要應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)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(dòng)物飲用水等；

2、 超純水：① 動(dòng)、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(guò)純水/超純水系統(tǒng)。從世界上臺(tái)超純水系統(tǒng)問(wèn)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“水質(zhì)，穩(wěn)水質(zhì)”來(lái)不斷完善。

一、 水質(zhì)
1． 天然水中常見(jiàn)雜質(zhì)
包括可溶性無(wú)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(guò)濾法、吸附法、紫外氧化法等。同時(shí)我們可以將水的純化過(guò)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(duì)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(guò)反滲透進(jìn)行再一步的凈化，所以一定要盡量去除對(duì)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(shuō)明的一點(diǎn)是必須要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的差異針對(duì)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(hù)解決這個(gè)問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的純化無(wú)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。

Heal Force（力康）超純水系統(tǒng)很好的解決了這一問(wèn)題，分別設(shè)計(jì)生產(chǎn)了線繞過(guò)濾器、活性碳吸附過(guò)濾器以及軟化樹(shù)脂針對(duì)性地去除水中大顆粒物質(zhì)、余氯以及鈣離子鎂離子，達(dá)到的預(yù)處理效果。

反滲透是使用一個(gè)高壓泵對(duì)高濃度溶液提供比滲透壓差大的壓力，水分子將被迫通過(guò)半透膜到低濃度的一邊，反滲透可以濾除90%-99%的包括無(wú)機(jī)離子在內(nèi)的絕大多數(shù)污染物，因?yàn)樗�出眾的純化效率，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(zhǎng)去離子交換柱的使用時(shí)間。鑒于反滲透在水質(zhì)純化過(guò)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(hù)一定要選擇對(duì)反滲透膜有保護(hù)功能的超純水系統(tǒng)。

為了盡可能延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命以及提高反滲透膜的過(guò)濾效率， Heal Force（力康）超純水系統(tǒng)采用了先進(jìn)的獨(dú)特技術(shù)，結(jié)合的反滲透限流設(shè)計(jì)，在出水處有限流閥，使反滲透膜始終浸泡在水中，不致因變干而影響壽命。延長(zhǎng)了反滲透膜壽命就是保證了出水水質(zhì)，同時(shí)也提升了超純水系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比。

4．離子交換
離子交換即是，水中的正離子與離子交換樹(shù)脂中的H+ 離子交換，水中的負(fù)離子與離子交換樹(shù)脂上的OH-離子交換，從而達(dá)到純化水的目的。通過(guò)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(shù)脂的質(zhì)量和交換柱內(nèi)水與樹(shù)脂的交換效率。
市面上離子交換樹(shù)脂魚(yú)龍混雜，質(zhì)量參差不齊，用戶(hù)很難分辨。所以我們建議用戶(hù)一定要關(guān)注樹(shù)脂的品牌。Heal Force（力康）超純水系統(tǒng)采用世界上高質(zhì)量的離子交換樹(shù)脂，配合Heal Force 特有的交換柱內(nèi)壓式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證樹(shù)脂與水充分接觸，顯著提高交換效率將離子交換柱的處理能力發(fā)揮到極限。

這里要注意的是離子交換法能有效的去除離子，卻無(wú)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(shù)脂上，并以樹(shù)脂作為培養(yǎng)基，使得微生物可快速生長(zhǎng)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(hù)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(duì)不同要求有多種處理方式，如超濾過(guò)濾法用于去除熱源，雙波長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(duì)于用戶(hù)使用來(lái)說(shuō)，能夠盡量長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定保持高出水水質(zhì)才是用戶(hù)為關(guān)心的問(wèn)題。目前廠商大多強(qiáng)調(diào)讓客戶(hù)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。

而Heal Force（力康）超純水系統(tǒng)則完全不一樣，它除了具備一些常見(jiàn)的功能，如任意設(shè)置時(shí)間自動(dòng)清洗功能，待機(jī)2小時(shí)及多種時(shí)間斷的循環(huán)殺菌、消毒模式（采用雙氧水作為消毒劑的液體消毒方式，更好的保護(hù)操作者及過(guò)濾柱，同時(shí)保證超純水的質(zhì)量），斷水自動(dòng)停機(jī)，純水/超純水雙流路設(shè)計(jì)等，還有一項(xiàng)獨(dú)特的配置保證穩(wěn)定水質(zhì)：兩級(jí)離子交換且每級(jí)都由兩根柱子組成，可降低紫外燈的有機(jī)負(fù)荷，更進(jìn)一步提高了水質(zhì)和延長(zhǎng)配件使用壽命，一舉兩得。同時(shí)Heal Force（力康）超純水系統(tǒng)多達(dá)4個(gè)超小型，高精度，1／0.01常數(shù)的電阻率傳感器，分別精確監(jiān)測(cè)各路純水的電導(dǎo)率或電阻率，溫度自動(dòng)補(bǔ)償，并有TOC測(cè)量可供選擇，實(shí)現(xiàn)電阻率，TOC實(shí)時(shí)檢測(cè)。通過(guò)這些高精度傳感器，超純水系統(tǒng)就具備了具有自動(dòng)判別或提示預(yù)處理柱，反滲透膜，初級(jí)純化柱，多功能純化柱，微濾，超濾，紫外燈管等失效，以保證機(jī)器處在運(yùn)行狀態(tài)，保證產(chǎn)水質(zhì)量。


Heal Force 純水/超純水系統(tǒng)

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