超純水器選購指南

更新時間：2014-11-22 點擊次數(shù)：3407

　我們每天都在做實驗，接觸到的zui多的試劑莫過于水，它通常貫穿我們的整個實驗過程。也許正是因為水的普遍和易得，往往讓我們忽略了它對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響。現(xiàn)代實驗中，實驗室純水愈來愈發(fā)揮著不可取代的作用，純水儀器作為實驗室的基本配置在也有著非常廣泛的應(yīng)用。
　　什么樣的儀器算是一臺先進(jìn)的儀器,我們該如何評判一臺實驗室純水儀器的優(yōu)劣呢?這是我們進(jìn)行評測前首先思考的問題。
　　現(xiàn)代實驗技術(shù)的發(fā)展十分迅猛，實驗的精度越來越高，對試劑的純度、干擾因子的控制以及環(huán)境的要求越來越嚴(yán)格，實驗技術(shù)手段越來越豐富，實驗室也向多功能方向發(fā)展。與此同時，實驗數(shù)據(jù)要求數(shù)據(jù)結(jié)果可驗證、可重復(fù)、可追溯，實驗步驟和流程卻要求更簡單，更快速。與之相應(yīng)，現(xiàn)代實驗技術(shù)的發(fā)展對實驗儀器也提出了越來越高的要求：要求實驗儀器的品質(zhì)更高性能更穩(wěn)定;儀器功能集約化，一臺機(jī)器要能滿足多種需要;實驗儀器的監(jiān)控體系更加完備、可靠同時應(yīng)當(dāng)具有科學(xué)的數(shù)據(jù)管理體系;在操作方面，我們需要更加智能化、操作更方便舒適、維護(hù)更簡單;除此之外儀器的安全性以及對環(huán)境低負(fù)擔(dān)也越來越被實驗工作者所重視。
　　現(xiàn)代實驗科學(xué)的內(nèi)在發(fā)展需求引導(dǎo)了現(xiàn)代先進(jìn)儀器的發(fā)展方向。是否滿足現(xiàn)代實驗儀器的內(nèi)在需求便是我們評判一臺實驗儀器先進(jìn)性的標(biāo)準(zhǔn)。就純水儀器而言，產(chǎn)水品質(zhì)、操作舒適性、監(jiān)控科學(xué)性以及智能化集成化這幾個方面是我們zui需要考慮的。
　　產(chǎn)水品質(zhì)：
　　在正確選擇實驗室超純水器之前，我們必須很好地了解如下幾個概念：什么是純水?什么是超純水?二者有何區(qū)別?
　　純水又稱純凈水，是指以符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的水為原水，通過電滲析器法、離子交換器法、反滲透法、蒸餾法及其他適當(dāng)?shù)募庸し椒ǎ频玫牟缓魏翁砑游铮瑹o色透明，可直接飲用的水。市場上出售的一些桶裝水，蒸餾水均屬純凈水的范圍。
　　超純水是在純水的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將水中的導(dǎo)電介質(zhì)幾乎*去除，又將水中不離解的膠體物質(zhì)、氣體及有機(jī)物均去除至很低程度的水。電阻率等于或者接近18.2MΩ.cm(25℃)極限值。
　　純水和超純水區(qū)別存在于很多方面，這里只列舉了其中的一些方面，現(xiàn)歸納如下：
　　A. 電導(dǎo)率不同，純水電導(dǎo)率一般在2-10us/cm之間，超純水的電導(dǎo)率為0.056us/cm;有機(jī)物、細(xì)菌、微粒數(shù)等指標(biāo)也大不相同，比如有機(jī)物純水是幾十ppb以上，而超純水為幾個ppb，簡單地說超純水中已經(jīng)沒有什么雜質(zhì)，接近于理論上的水
　　B. 制造的難易程度不同，目前市場上使用的純水基本上都是經(jīng)過反滲透和蒸餾兩種方法制得，而超純水是在純水的基礎(chǔ)上還要經(jīng)過紫外光氧化技術(shù)(185nm)、拋光核子級樹脂處理，微濾或超濾等一系列復(fù)雜的純化技術(shù)制得的。
　　C. 在實驗中的應(yīng)用范圍不同。
　　下圖為不同的純化技術(shù)對不同水中污染物的去除效果的圖示，由圖可知，沒有任何一種單一的純化技術(shù)可以很好的去除所有污染物，所以在超純水器中，通常組合了幾種純化技術(shù)。
　　DI：離子交換 RO：反滲透 UF：超濾 MF：膜過濾 AC：活性炭 UV：紫外殺菌/消解
　　表1 中國實驗室用水標(biāo)準(zhǔn)GB6682-92
　　名稱
　　一級
　　二級
　　三級
　　pH值范圍（250C）
　　--
　　--
　　5.0-7.5
　　電導(dǎo)率(25OC),mS/m.               ≤
　　0.01
　　0.10
　　0.50
　　可氧化物質(zhì)(以0計),mg/L          <
　　0.08
　　0.4
　　吸光度(254nm,1cm光程)           ≤
　　0.001
　　0.01
　　蒸發(fā)殘渣105O±2C O), mg/L        ≤
　　1.0
　　2.0
　　可溶性硅(以SiO2計) mg/L         <
　　0.01
　　0.02
　　國標(biāo)(GB6682-92)的補(bǔ)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(biāo)不作規(guī)定。
　　一級和二級水的電導(dǎo)率需用新制備的水在線測定。
　　由于在一級水的純度下，難于測定可氧化物和蒸發(fā)殘渣，故國標(biāo)對其*也不作規(guī)定，可用其他條件和制備方法來保證一級水的質(zhì)量。
　　國標(biāo)對一、二級水電導(dǎo)的測試方法有明確的規(guī)定：用于一、二水測定的電導(dǎo)儀，需配備電極常數(shù)為0.01—0.1cm-1的在線電導(dǎo)池，并具有溫度自動補(bǔ)償功能。
　　不同的組織如ASTM、CLSI、ISO等制定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，所以很難明確地劃分實驗室用水的等級。一般來說，我們采用下面的分級方法：
　　表2 純水級別的一種分級方法
　　應(yīng)用領(lǐng)域
　　純水級別
　　相關(guān)參數(shù)
　　液相色譜（HPLC）
　　氣相色譜（GC）
　　原子吸收（AA）
　　電感耦合等離子體光譜（ICP）
　　電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）
　　分子生物學(xué)實驗和細(xì)胞培養(yǎng)等
　　I級水
　　電阻率(MΩ.cm)：>18.0
　　TOC含量（ppb）：<10
　　熱原(Eu/ml)：<0.03
　　顆粒（units/ml）：<1
　　硅化物 (ppb)：<10
　　細(xì)菌（clu/ml）：<1
　　pH：NA
　　制備常用試劑溶液
　　制備緩沖液
　　II級水
　　電阻率(MΩ.cm)：>1.0
　　TOC含量（ppb）：<50
　　熱原(Eu/ml)：<0.25
　　顆粒（units/ml）：NA
　　硅化物 (ppb)：<100
　　細(xì)菌（clu/ml）：<100
　　pH：NA
　　沖洗玻璃器皿
　　水浴用水
　　III級水
　　電阻率(MΩ.cm)：>0.05
　　TOC含量（ppb）：<200
　　熱原(Eu/ml)：NA
　　顆粒（units/ml）：NA
　　硅化物 (ppb)：<1000
　　細(xì)菌（clu/ml）：<1000
　　pH：5.0-7.5
　　超純水器制備超純水的原理和步驟大體如下：
　　1.原水：可用自來水作原水。
　　2.自來水預(yù)處理：通過砂芯濾板和纖維柱濾除機(jī)械雜質(zhì)，如鐵銹和其他懸浮物等。
　　3.活性炭過濾：活性炭是廣譜吸附劑，可吸附氣體成分，如水中的余氯等;吸附細(xì)菌和某些過渡金屬等。氯氣能損害反滲透膜，因此應(yīng)力求除盡。
　　4.反滲透膜過濾：可濾除95%以上的電解質(zhì)和大分子化合物，包括膠體微粒和病毒等。由于絕大多數(shù)離子的去除，使離子交換柱的使用壽命大大延長。
　　5. EDI模塊在反滲透膜的基礎(chǔ)上再將水中的離子去除接近99%，同時也去除部分有機(jī)物。有些廠家在水機(jī)中沒有EDI模塊，通常用DI樹脂來發(fā)揮作用，此樹脂需要定期更換，水質(zhì)有周期性波動。
　　6.紫外線消解：借助于短波(185nm/254nm)紫外線照射分解水中的不易被活性炭吸附的小有機(jī)化合物，如甲醇、乙醇等，使其轉(zhuǎn)變成CO2和水，以降低TOC的指標(biāo)。
　　7.離子交換單元：已知混合離子交換床是除去水中離子的決定性手段。借助于多級混床獲得超純水也并不困難。但水的TOC指標(biāo)主要來自樹脂床。因此，高質(zhì)量的離子交換樹脂就成為成敗的關(guān)鍵。所謂高質(zhì)量的樹脂，就是化學(xué)穩(wěn)定性特別好，不分解，不含低聚物、單體和添加劑等的樹脂。所謂“核子級樹脂”大概就屬于這一類樹脂。對樹脂的要求是質(zhì)量越高越好。為保證高質(zhì)量，這一類的樹脂也都是一次性的
　　8.終端過濾器主要是適用于各種不同的應(yīng)用。
　　經(jīng)過上述各步驟處理后生產(chǎn)出來的水就是超純水了。應(yīng)能滿足各種儀器分析，痕量分析等的要求。以上為從自來水到超純水的全過程，一些超純水器就包含了上述的所有純化單元。當(dāng)然很多超純水器(如Milli-Q Advantage)所需要的進(jìn)水是純水(反滲透水，蒸餾水等)，不能使用自來水做進(jìn)水，其純化單元相對就少的多了。(不含反滲透，EDI等純化單元)
　　水質(zhì)監(jiān)控：
　　水質(zhì)監(jiān)控是產(chǎn)水品質(zhì)的重要保證，目前利用高精度的電導(dǎo)率儀(或電阻率儀)來測定超純水的離子雜質(zhì)已經(jīng)成為了超純水器的標(biāo)準(zhǔn)配置。這里要注意的是，因為要測定的電導(dǎo)率值非常低(電阻率很大)，所以一定要留意電導(dǎo)率儀的精度是不是能達(dá)到要求，一般要求電導(dǎo)率儀的電池常數(shù) 0.01 cm-1(參加GB6682-92相關(guān)要求)。
　　另外，電導(dǎo)率儀的安裝也是非常重要的，下圖為一般超純水廠家外購的電導(dǎo)率儀的安裝方式，這種電導(dǎo)率儀的常見問題是，電極常數(shù)較高( 0.3 cm-1)，檢測精度不夠;電極常數(shù)易產(chǎn)生變動;經(jīng)常以 “T“方式安裝(這種結(jié)構(gòu)無法反應(yīng)真實值);沒有被保護(hù)的溫度感測器容易破損等等。
　　利用電阻率來表征水中離子雜質(zhì)總量一樣，水中的有機(jī)物雜質(zhì)總量我們也用一個值來表征——TOC。
　　通常實驗室用的純水都是用自來水經(jīng)純化制得的。自來水中就含有大量的可氧化碳 Oxidizable Carbon。水中含有上百種有機(jī)物，這些有機(jī)物分子的含碳數(shù)量不一，濃度也不同，TOC的監(jiān)測就是用一個量來表征所有這些有機(jī)物雜質(zhì)的總量。TOC的檢測一般分為兩步，一步是把所有的碳氧化成二氧化碳，第二步是測定生成的二氧化碳的量來倒推出TOC值。對于超純水的TOC測量，由于一般含量不會很高，一般采用紫外燈(185nm/254nm)氧化法，用電導(dǎo)率的變化來測量生成的二氧化碳的量。
　　目前有極少數(shù)有實力的廠家為超純水機(jī)配備了在線的TOC儀表。因為TOC對于很多精密儀器分析和實驗，比如HPLC，LC-Mass，細(xì)胞培養(yǎng)等都或多或少的有影響，也愈來愈受到客戶的重視，逐漸成為超純水器的標(biāo)準(zhǔn)配置。
　　細(xì)菌指標(biāo)與顆粒物指標(biāo)等：
　　細(xì)菌和顆粒物只有較為繁瑣的實驗室測量方法，耗費時間很長。通常為了保證zui終出水的細(xì)菌和顆粒物指標(biāo)，我們都采用上面提到的0.22μm濾膜作為終端過濾器來保證水質(zhì)。其他一些指標(biāo)目前都還沒有很好的在線監(jiān)測方法，而且只有少數(shù)實驗比較敏感，所受關(guān)注較少。
　　操作舒適性：
　　傳統(tǒng)超純水器取水端口設(shè)在機(jī)器上，因而只能把機(jī)器放在實驗臺上，既占用大量的寶貴的實驗臺桌面，也沒有辦法實現(xiàn)遠(yuǎn)程取水;不僅不方便，而且在取水的過程中容易造成超純水的二次污染。
　　Millipore公司從2006年的Milli-Q Advantage 開始逐漸推出了分體式設(shè)計的超純水器，即有單獨的取水裝置Q-Pod，Q-Pod通過軟管與主機(jī)相連，可以根據(jù)需要安放到方便的取水地點,如水槽邊，超凈臺上，工作臺上等等，真正實現(xiàn)了我的用水我做主。
　　Q-Pod取水手柄還可以自由調(diào)節(jié)高度和角度，甚至可以從支架上取下，可以輕松適合絕大多數(shù)實驗室容器的規(guī)格，從2L量筒，到10ml試劑瓶，高矮胖瘦，從容應(yīng)對。
　　同時取水器上設(shè)有調(diào)節(jié)控制鈕，能夠方便的定量取水，同時流速也可調(diào)節(jié)，從逐滴到2L/min。在Q-Pod取水器上還設(shè)有彩色液晶顯示屏，顯示耗材使用狀況及出水水質(zhì)，讓人們放心使用。
　　隨著分體式設(shè)計的超純水器的推出，也有其他幾個品牌的超純水器也開始重視取水的環(huán)節(jié)，對于取水環(huán)節(jié)也逐漸有一些新的外形設(shè)計。從目前的趨勢看，分體式設(shè)計也會慢慢成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。
　　智能化與集成化：
　　集成化的設(shè)計一般指從自來水到超純水的集成設(shè)計，這樣即能滿足了儀器小型化的需求，也對整體純化鏈有一個整體的控制;避免出現(xiàn)以純水為進(jìn)水的超純水器通常出現(xiàn)的，因為純水水質(zhì)得不到保障而影響超純水水質(zhì)的諸多問題。另外，集成化設(shè)計要求可以滿足一機(jī)多用，比如應(yīng)用不同的終端過濾器就可以滿足不同的實驗應(yīng)用。
　　人機(jī)界面的友好也一直是儀器設(shè)備發(fā)展的方向之一，很多人都曾經(jīng)為搞不明白顯示屏上的字符而苦惱過。木器市場上zui多的超純水器的顯示屏僅僅只顯示一行信息，比如18.2這一數(shù)值。作為市場的，Millipore公司的超大液晶顯示屏，多國語言菜單含中文菜單，能顯示水質(zhì)純化各步驟的水質(zhì)信息，更有耗材更換預(yù)警與耗材過水量等用戶非常關(guān)心的信息顯示無疑為各家超純水器廠家做了一個很好的示范。
　　在過去的很多年里，純水的選擇僅局限于去離子水和蒸餾水。但是現(xiàn)在，隨著科技的不斷發(fā)展，多種純化技術(shù)和純水器品牌也應(yīng)運而生。到目前為止，在中國市場占有量zui大的是來自美國的Millipore，在中市場(科研單位、高校、研究所、分析行業(yè)等)的裝機(jī)量占*的60-70%。其次，中國國內(nèi)也有很多本土的品牌，所以在選擇純水器之前我們要針對自己的實驗需要和經(jīng)費預(yù)算等各種因素來綜合考慮，也要考慮設(shè)備的穩(wěn)定性，售后服務(wù)，以及自己的特殊要求(比如是否需要做3Q認(rèn)證等)做出自己的選擇。