在我們所進(jìn)行的生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物、合成材料等實(shí)驗(yàn)和相關(guān)的檢測(cè)工作中，水起到了重要作用：清洗器皿、處理樣本、配制溶液等。實(shí)驗(yàn)用水的質(zhì)量也決定了實(shí)驗(yàn)的精度、穩(wěn)定性等，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)用水的生產(chǎn)工藝和設(shè)備也有極高的要求。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)自然界中各類事物的認(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)國(guó)際委員會(huì)（NCCLS），美國(guó)藥學(xué)會(huì)（USP）。目前制備純水和超純水最穩(wěn)定最方便的方法是通過(guò)純水/超純水系統(tǒng)。從世界上第一臺(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“最佳水質(zhì)，最穩(wěn)水質(zhì)”來(lái)不斷完善。

分析儀器（如HPLC、IC、AAS、ICP等）、細(xì)胞生物學(xué)、分析生物學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)溶液和空白溶液配置、以及納米材料科學(xué)等都會(huì)用到超純水。大家知道自來(lái)水中含有千萬(wàn)種會(huì)影響科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的雜質(zhì)，那么如何去除雜質(zhì)，制造出“超純水”？我們需要利用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)純化水質(zhì)。超純水制造出來(lái)的瞬間，即刻開始與接觸的環(huán)境產(chǎn)生溶解反應(yīng)，我們稱超純水為“Hungry Water”，因?yàn)槌兯腥芙獾碾x子濃度很低甚至沒(méi)有， 這樣極易會(huì)從外界環(huán)境中吸收雜質(zhì)，如顆粒，揮發(fā)性有機(jī)物、細(xì)菌及其他污染物等，也可能從低級(jí)塑料和玻璃制造的儲(chǔ)水器中吸收化學(xué)溶出物污染水質(zhì)，還可以溶解空氣中的二氧化碳，形成碳酸。

碳酸是一種弱酸，但由于超純水中無(wú)任何主導(dǎo)型的相對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、共軛酸、共軛堿，碳酸就成為了唯一主導(dǎo)型的弱酸，也是唯一H+離子的來(lái)源（忽略掉H2O的解離）。

CO₂(g)+H₂O(l)==H₂CO₃(l)

因此當(dāng)超純水開始曝露在大氣下時(shí)，二氧化碳的溶解就會(huì)無(wú)可避免的持續(xù)下去，我們可以用電阻率的變化來(lái)監(jiān)測(cè)這個(gè)過(guò)程。實(shí)踐證明15MΩ.cm以上的超純水暴露在空氣中1個(gè)小時(shí)后水質(zhì)就會(huì)下降至4MΩ.cm左右。

所以，超純水最好即制即用，任何方式的貯存或久放，除了會(huì)有容器本身造成的污染外，空氣中的懸浮粉塵、揮發(fā)性有機(jī)物、微生物等污染及二氧化碳造成的電阻率下降，pH下降都是無(wú)法避免的。另外，久存的超純水，TOC （總有機(jī)碳）及微生物也都有快速升高的隱憂，超純水最好還是得即取即用。

在實(shí)驗(yàn)室中，我們根據(jù)用水需求的不同而采取不同的純化技術(shù)。天然水中通常含有五種雜質(zhì):

1.電解質(zhì),包括帶電粒子,常見(jiàn)的陽(yáng)離子有H⁺、Na⁺、K⁺、NH⁴⁺、、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Cu2⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；陰離子有F^-、Cl^-、NO^3-、HCO₃^-、SO₄^2-、PO₄^3-、H₂PO₄^-、HSiO₃^-等。

2. 有機(jī)物質(zhì),如:有機(jī)酸、農(nóng)藥、烴類、醇類和酯類等。

3. 顆粒物。

4. 微生物。

5. 溶解氣體，包括：N₂、O₂、Cl₂、H₂S、CO、CO₂、CH₄ 等。

水純化技術(shù)

所謂水的純化，就是要去掉這些雜質(zhì)。雜質(zhì)去的越徹底，水質(zhì)也就越純凈。

1

 蒸餾水：就是將水蒸餾、冷凝的水，蒸二次的叫重蒸水，三次的叫三蒸水。有時(shí)候?yàn)榱颂厥饽康?，在蒸前?huì)加入適當(dāng)試劑，如為了無(wú)氨水，會(huì)在水中加酸；低耗氧量的水，加入高錳酸鉀與酸等。工業(yè)蒸餾水是采用蒸餾水方法取得的純水，一般普通蒸餾取得的水純度不高，經(jīng)過(guò)多級(jí)蒸餾水，出水才可達(dá)到很純，成本相對(duì)比較高。

2

去離子水就是將水通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂（常用的為苯乙烯型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂），則水中的陽(yáng)離子被樹脂所吸收，樹脂上的陽(yáng)離子H+被置換到水中，并和水中的陽(yáng)離子組成相應(yīng)的無(wú)機(jī)酸；含此種無(wú)機(jī)酸的水再通過(guò)陰離子交換樹脂（常用的為苯乙烯型強(qiáng)堿性陰離子）OH-被置換到水中，并和水中的H+結(jié)合成水，此即去離子水。去離子水在現(xiàn)代工業(yè)中有著非常廣泛的用途，使用去離子水，是我國(guó)很多行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量的，趕超世界先進(jìn)水平的重要手段之一。 由于去離子水中的離子數(shù)可以被人為的控制，從而，使它的電阻率、溶解度、腐蝕性、病毒細(xì)菌等物理、化學(xué)及病理等指標(biāo)均得到良好的控制。在工業(yè)生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)中，如果涉及到使用水的工藝都被使用了去離子水，那么，許多參數(shù)會(huì)更接近設(shè)計(jì)或理想數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質(zhì)量將變得易于控制。

3

高純水，是指化學(xué)純度極高的水，其主要應(yīng)用在生物、化學(xué)化工、冶金、宇航、電力等領(lǐng)域，但其對(duì)水質(zhì)純度要求相當(dāng)高，所以一般應(yīng)用最普遍的還是電子工業(yè)。例如電力系統(tǒng)所用的純水，要求各雜質(zhì)含量低達(dá)到“微克/升”級(jí)。在純水的制作中，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)該根據(jù)電子(微電子)元器件(或材料)的生產(chǎn)工藝而定(如普遍認(rèn)為造成電路性能破壞的顆粒物質(zhì)的尺寸為其線寬的1/5-1/10)，但由于微電子技術(shù)的復(fù)雜性和影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素繁多，至今尚無(wú)一份由工藝試驗(yàn)得到的適用于某種電路生產(chǎn)的完整的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)近年來(lái)電子級(jí)水標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地修訂，而且高純水分析領(lǐng)域的許多突破和發(fā)展，新的儀器和新分析方法的不斷應(yīng)用都為制水工藝的發(fā)展創(chuàng)造了條件。高純水的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為：GB1146.1-89至GB1146.11-89[168]，目前我國(guó)高純水的標(biāo)準(zhǔn)將電子級(jí)水分為五個(gè)級(jí)別：Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，該標(biāo)準(zhǔn)是參照ASTM電子級(jí)標(biāo)準(zhǔn)而制定的。

4

超純水則可以認(rèn)為是一般工藝很難達(dá)到的程度，如水的電阻率大于18MΩ*cm（沒(méi)有明顯界線），則稱為超純水。關(guān)鍵是看你用水的純度及各項(xiàng)征性指標(biāo)，如電導(dǎo)率或電阻率，PH值，鈉，重金屬，二氧化硅，溶解有機(jī)物，微粒子，以及微生物指標(biāo)等。目前，高校、研究所及其他單位的實(shí)驗(yàn)室普遍使用純水、超純水機(jī)代替蒸餾水器制水，如：環(huán)境監(jiān)測(cè)站、食品藥品檢驗(yàn)所、疾控中心、質(zhì)檢所以及一些企業(yè)的化驗(yàn)室等。

超純水機(jī)的選擇

相比電熱蒸餾水器或在外買水來(lái)講，實(shí)驗(yàn)室超純水機(jī)提供了較多的實(shí)惠和方便，這點(diǎn)已經(jīng)得到了廣大科研人員的認(rèn)可，但該儀器畢竟是實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)備，雖然有不少技術(shù)人員在使用超純水機(jī)，但其對(duì)超純水機(jī)的了解還不多，常常在選購(gòu)上存在誤區(qū)。如何選購(gòu)適合本單位的超純水機(jī)，請(qǐng)參考以下內(nèi)容，希望對(duì)你有所幫助。

一

用水量

目前市場(chǎng)上的超純水機(jī)的造水量一般在5—20升/小時(shí)，20升以上的就是非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型。客戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際用水量來(lái)選用超純水機(jī)的規(guī)格，一般遵循2倍關(guān)系原則。如用水量是10升/天，則選用規(guī)格為20升/小時(shí)的機(jī)器，如果選用規(guī)格太小，超純水機(jī)的耗材消耗會(huì)很快，選用規(guī)格太大，則形成浪費(fèi)。如果集中用水量大，則需要選購(gòu)較大的純水桶，否則造水跟不上。

二

用水水質(zhì)

國(guó)家實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)用水有一級(jí)水、二級(jí)水、三級(jí)水三種水質(zhì)，但大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室用兩種水質(zhì)即可，一是三級(jí)水，如蒸餾水，用于玻璃器皿的清洗等；二是一級(jí)水，主要用于化學(xué)分析或者液相、原子吸收等精密儀器分析?？蛻魬?yīng)根據(jù)實(shí)際水質(zhì)需求來(lái)選用超純水機(jī)的檔次。以自來(lái)水為水源的超純水機(jī)都具有兩個(gè)(兩種水質(zhì))的出水口，一是純水，即三級(jí)水；二是一級(jí)水，即超純水（嚴(yán)格意義上講一級(jí)水的電阻大于10兆歐，而超純水的電阻大于18兆歐）。

多數(shù)客戶對(duì)自己的水質(zhì)需求并不清楚，國(guó)家相關(guān)部門雖然有各種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或儀器分析用水沒(méi)有完整的量化指標(biāo)，往往在選購(gòu)好超純水機(jī)之后才發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以遵循以下幾個(gè)選購(gòu)原則，相對(duì)應(yīng)即可。

1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

分無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)和有機(jī)實(shí)驗(yàn)，無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)只需電阻大于18兆歐的水質(zhì)就行，而有機(jī)實(shí)驗(yàn)則通常要去除水中的有機(jī)物質(zhì)，所以除了電阻大于18兆歐以外，還需要總有機(jī)碳的指標(biāo)。如果是生物方面的實(shí)驗(yàn)，在要去除水中的細(xì)菌。

2. 儀器種類

客戶可以根據(jù)使用的儀器種類來(lái)選擇超純水機(jī)。液相用水的電阻大于18兆歐；并且要去除有機(jī)物；原子吸收、原子熒光及環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器用水大于18兆歐就行；PCR等生命科學(xué)儀器用水除了電阻大于18兆歐以外，還需除菌，除有機(jī)物，除熱源。

3. 目前用水來(lái)源

如果客戶目前的用水是合格的，也可以將該純水的來(lái)源方式告知超純水機(jī)廠商，其技術(shù)人員會(huì)根據(jù)該情況來(lái)推薦相應(yīng)的規(guī)格型號(hào)。以上三種原則是根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)得來(lái)的，可以參考，但是最準(zhǔn)確的型號(hào)選擇還是盡量提供詳細(xì)的水質(zhì)參數(shù)，如電阻、微量元素、細(xì)菌、總有機(jī)碳水平等。

三

原水水質(zhì)

客戶在選購(gòu)超純水機(jī)時(shí)一定要向廠商提供原水的水質(zhì)狀況，比如泥沙多，硬度高，地下水等情況，超純水機(jī)的工藝是根據(jù)原水水質(zhì)的好壞來(lái)確定的，泥沙多，要添加預(yù)處理裝置，硬度高，要添加軟化裝置，含鹽量高，要采用二級(jí)反滲透工藝等。如果選用以純水為水源的超純水機(jī)，則只需要提供水質(zhì)需求和用水量就可以了。

四

如何用模塊化來(lái)選擇純水機(jī)

根據(jù)中國(guó)的特有水質(zhì)，提出超純水機(jī)的六大模塊化選擇，滿足用戶需求；六大模塊包括：預(yù)處理（強(qiáng)化預(yù)處理）模塊、反滲透模塊、多功能水箱、離子交換（純化柱、超純柱、電去離子）、紫外燈（單、雙波長(zhǎng)紫外燈）、膜過(guò)濾（超濾膜、微濾、終端過(guò)濾器）；如果客戶的原水電導(dǎo)率大于400μs/cm，則需要選擇強(qiáng)化預(yù)處理和預(yù)處理；做體外受精則需要去掉微濾安裝超濾和雙波長(zhǎng)紫外燈.現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格，實(shí)驗(yàn)室超純水作為一種重要的試劑，它關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是否精準(zhǔn)，以下幾點(diǎn)建議供參考：

1. 實(shí)驗(yàn)室超純水避免與環(huán)境接觸

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)最合適的。只有把超純水與環(huán)境接觸的時(shí)間縮到極短，才能夠獲得純度極高的超純水。

2. 不要長(zhǎng)時(shí)間在儲(chǔ)桶中存放

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。

3. 純水儲(chǔ)桶安裝空氣過(guò)濾器

純水儲(chǔ)桶最好安裝空氣過(guò)濾器，防止環(huán)境因素造成的污染。

4. 超純水避免日光直射

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?

5. 取水要放掉初期的水

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)。

6. 取水順容器側(cè)壁流入

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。

7. 不要在終端濾器連接軟管

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。

8. 不用超純水時(shí)把水桶中水全都放掉

長(zhǎng)時(shí)間不用超純水時(shí)，應(yīng)將壓力儲(chǔ)水桶中的RO水全部放掉以防止污染。

9. 長(zhǎng)時(shí)間不使用把初期超純水放掉

超純水機(jī)若長(zhǎng)時(shí)間不使用，再次使用時(shí)應(yīng)把初期超純水充分放掉以確保水質(zhì)。

10. 保持超純水機(jī)至少每7—10天通水一次

原則上，超純水機(jī)應(yīng)至少每7—10天通水一次，以防止微生物污染。

實(shí)驗(yàn)室用水管理

實(shí)驗(yàn)室用水管理是一項(xiàng)嚴(yán)峻的課題，目前的實(shí)驗(yàn)室大多采取桶裝純凈水搭配超純水機(jī)產(chǎn)水，但各地區(qū)的桶裝水由于水源的原因?qū)е赂髌放扑|(zhì)差異較大，而超純水機(jī)的純化技術(shù)又相對(duì)單一，難以精準(zhǔn)控制產(chǎn)水水質(zhì)；另外桶裝水由于分裝、運(yùn)輸時(shí)間不受監(jiān)控，難以保證其是否滿足實(shí)驗(yàn)室用水水源要求，這樣使得超純水機(jī)的耗材更換頻繁，導(dǎo)致使用成本增加。

目前國(guó)內(nèi)一些高端實(shí)驗(yàn)室和大型制藥企業(yè)都采取了中央純水系統(tǒng)來(lái)保證實(shí)驗(yàn)室科研用水要求，基本可以解決以上問(wèn)題；中央純水系統(tǒng)也可以增加管理功能，如：水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、刷卡取水、即時(shí)產(chǎn)水用水等，對(duì)于實(shí)驗(yàn)工作有顯著的幫助，且提升了實(shí)驗(yàn)室管理、對(duì)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)作提供夯實(shí)基礎(chǔ)，越來(lái)越多的人和單位都意識(shí)到了中央純水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的重要優(yōu)勢(shì)和作用。