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实验室水质标准

发布时间:2018-02-28

  随着科学技术的进步,人们对自然界中各类事物的认识都朝着微观化,本质化的方向发展,很多实验、检测对试剂或培养环境中的杂质的要求都达到了ppb级,有的甚至达到ppt级;如在生命科学研究过程中,对水中的多种污染物十分敏感,尤其重金属和可溶性有机物;HPLC中要求的超纯水等等。鉴于此,多个专业研究组织建立了水的质量标准。这些组织和标准有:中华人民共和国国家标准GB6682-92《分析实验室用水规格和实验方法》,中华人民共和国国家标准GB/T11446.1-1997 《电子级水规格和实验方法》,美国化学社团组织(ACS),美国测试和材料实验社团组织(ASTM),美国临床试验标准国际委员会(NCCLS),美国药学会(USP)。目前制备纯水和超纯水最稳定最方便的方法是通过纯水/超纯水系统。从世界上第一台超纯水系统问世到现在,超纯水系统的设计生产理念就一直围绕着“最佳水质,最稳水质”来不断完善。

  分析仪器(如HPLC、IC、AAS、ICP等)、细胞生物学、分析生物学、标准溶液和空白溶液配置、以及纳米材料科学等都会用到超纯水。大家知道自来水中含有千万种会影响科学实验结果的杂质,那么如何去除杂质,制造出“超纯水”?我们需要利用先进的技术来纯化水质。超纯水制造出来的瞬间,即刻开始与接触的环境产生溶解反应,我们称超纯水为“Hungry Water”,因为超纯水中溶解的离子浓度很低甚至没有, 这样极易会从外界环境中吸收杂质,如颗粒,挥发性有机物、细菌及其他污染物等,也可能从低级塑料和玻璃制造的储水器中吸收化学溶出物污染水质,还可以溶解空气中的二氧化碳,形成碳酸。

  碳酸是一种弱酸,但由于超纯水中无任何主导型的相对强酸、强碱、共轭酸、共轭碱,碳酸就成为了唯一主导型的弱酸,也是唯一H+离子的来源(忽略掉H2O的解离)。

  CO2(g)+H2O(l)==H2CO3(l)

  因此当超纯水开始曝露在大气下时,二氧化碳的溶解就会无可避免的持续下去,我们可以用电阻率的变化来监测这个过程。实践证明15MΩ.cm以上的超纯水暴露在空气中1个小时后水质就会下降至4MΩ.cm左右。

  所以,超纯水最好即制即用,任何方式的贮存或久放,除了会有容器本身造成的污染外,空气中的悬浮粉尘、挥发性有机物、微生物等污染及二氧化碳造成的电阻率下降,pH下降都是无法避免的。另外,久存的超纯水,TOC (总有机碳)及微生物也都有快速升高的隐忧,超纯水最好还是得即取即用。

  在实验室中,我们根据用水需求的不同而采取不同的纯化技术。天然水中通常含有五种杂质:

  1.电解质,包括带电粒子,常见的阳离子有H+、Na+、K+、NH4+、、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等;阴离子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-等。

  2. 有机物质,如:有机酸、农药、烃类、醇类和酯类等。

  3. 颗粒物。

  4. 微生物。

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

  水纯化技术

  所谓水的纯化,就是要去掉这些杂质。杂质去的越彻底,水质也就越纯净。

  蒸馏水:就是将水蒸馏、冷凝的水,蒸二次的叫重蒸水,三次的叫三蒸水。有时候为了特殊目的,在蒸前会加入适当试剂,如为了无氨水,会在水中加酸;低耗氧量的水,加入高锰酸钾与酸等。工业蒸馏水是采用蒸馏水方法取得的纯水,一般普通蒸馏取得的水纯度不高,经过多级蒸馏水,出水才可达到很纯,成本相对比较高。

  去离子水就是将水通过阳离子交换树脂(常用的为苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂),则水中的阳离子被树脂所吸收,树脂上的阳离子H+被置换到水中,并和水中的阳离子组成相应的无机酸;含此种无机酸的水再通过阴离子交换树脂(常用的为苯乙烯型强碱性阴离子)OH-被置换到水中,并和水中的H+结合成水,此即去离子水。去离子水在现代工业中有着非常广泛的用途,使用去离子水,是我国很多行业提高产品质量的,赶超世界先进水平的重要手段之一。 由于去离子水中的离子数可以被人为的控制,从而,使它的电阻率、溶解度、腐蚀性、病毒细菌等物理、化学及病理等指标均得到良好的控制。在工业生产及实验室的实验中,如果涉及到使用水的工艺都被使用了去离子水,那么,许多参数会更接近设计或理想数据,产品质量将变得易于控制。

  高纯水,是指化学纯度极高的水,其主要应用在生物、化学化工、冶金、宇航、电力等领域,但其对水质纯度要求相当高,所以一般应用最普遍的还是电子工业。例如电力系统所用的纯水,要求各杂质含量低达到“微克/升”级。在纯水的制作中,水质标准所规定的各项指标应该根据电子(微电子)元器件(或材料)的生产工艺而定(如普遍认为造成电路性能破坏的颗粒物质的尺寸为其线宽的1/5-1/10),但由于微电子技术的复杂性和影响产品质量的因素繁多,至今尚无一份由工艺试验得到的适用于某种电路生产的完整的水质标准。不过近年来电子级水标准也在不断地修订,而且高纯水分析领域的许多突破和发展,新的仪器和新分析方法的不断应用都为制水工艺的发展创造了条件。高纯水的国家标准为:GB1146.1-89至GB1146.11-89[168],目前我国高纯水的标准将电子级水分为五个级别:Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级,该标准是参照ASTM电子级标准而制定的。

  超纯水则可以认为是一般工艺很难达到的程度,如水的电阻率大于18MΩ*cm(没有明显界线),则称为超纯水。关键是看你用水的纯度及各项征性指标,如电导率或电阻率,PH值,钠,重金属,二氧化硅,溶解有机物,微粒子,以及微生物指标等。目前,高校、研究所及其他单位的实验室普遍使用纯水、超纯水机代替蒸馏水器制水,如:环境监测站、食品药品检验所、疾控中心、质检所以及一些企业的化验室等。

  超纯水机的选择

  相比电热蒸馏水器或在外买水来讲,实验室超纯水机提供了较多的实惠和方便,这点已经得到了广大科研人员的认可,但该仪器毕竟是实验室的基础设备,虽然有不少技术人员在使用超纯水机,但其对超纯水机的了解还不多,常常在选购上存在误区。如何选购适合本单位的超纯水机,请参考以下内容,希望对你有所帮助。

  用水量

  目前市场上的超纯水机的造水量一般在5—20升/小时,20升以上的就是非标准机型。客户应根据实际用水量来选用超纯水机的规格,一般遵循2倍关系原则。如用水量是10升/天,则选用规格为20升/小时的机器,如果选用规格太小,超纯水机的耗材消耗会很快,选用规格太大,则形成浪费。如果集中用水量大,则需要选购较大的纯水桶,否则造水跟不上。

  

 

  国家实验室标准用水有一级水、二级水、三级水三种水质,但大多数实验室用两种水质即可,一是三级水,如蒸馏水,用于玻璃器皿的清洗等;二是一级水,主要用于化学分析或者液相、原子吸收等精密仪器分析。客户应根据实际水质需求来选用超纯水机的档次。以自来水为水源的超纯水机都具有两个(两种水质)的出水口,一是纯水,即三级水;二是一级水,即超纯水(严格意义上讲一级水的电阻大于10兆欧,而超纯水的电阻大于18兆欧)。

  多数客户对自己的水质需求并不清楚,国家相关部门虽然有各种水质标准,但是对具体的实验项目或仪器分析用水没有完整的量化指标,往往在选购好超纯水机之后才发现水质不达标。根据经验,可以遵循以下几个选购原则,相对应即可。

  1. 实验内容

  分无机实验和有机实验,无机实验只需电阻大于18兆欧的水质就行,而有机实验则通常要去除水中的有机物质,所以除了电阻大于18兆欧以外,还需要总有机碳的指标。如果是生物方面的实验,在要去除水中的细菌。

  2. 仪器种类

  客户可以根据使用的仪器种类来选择超纯水机。液相用水的电阻大于18兆欧;并且要去除有机物;原子吸收、原子荧光及环境监测仪器用水大于18兆欧就行;PCR等生命科学仪器用水除了电阻大于18兆欧以外,还需除菌,除有机物,除热源。

  3. 目前用水来源

  如果客户目前的用水是合格的,也可以将该纯水的来源方式告知超纯水机厂商,其技术人员会根据该情况来推荐相应的规格型号。以上三种原则是根据实际的应用经验得来的,可以参考,但是最准确的型号选择还是尽量提供详细的水质参数,如电阻、微量元素、细菌、总有机碳水平等。

  原水水质

  客户在选购超纯水机时一定要向厂商提供原水的水质状况,比如泥沙多,硬度高,地下水等情况,超纯水机的工艺是根据原水水质的好坏来确定的,泥沙多,要添加预处理装置,硬度高,要添加软化装置,含盐量高,要采用二级反渗透工艺等。如果选用以纯水为水源的超纯水机,则只需要提供水质需求和用水量就可以了。

  如何用模块化来选择纯水机

  根据中国的特有水质,提出超纯水机的六大模块化选择,满足用户需求;六大模块包括:预处理(强化预处理)模块、反渗透模块、多功能水箱、离子交换(纯化柱、超纯柱、电去离子)、紫外灯(单、双波长紫外灯)、膜过滤(超滤膜、微滤、终端过滤器);如果客户的原水电导率大于400μs/cm,则需要选择强化预处理和预处理;做体外受精则需要去掉微滤安装超滤和双波长紫外灯.现在实验室水质标准非常严格,实验室超纯水作为一种重要的试剂,它关系到实验的结果是否精准,以下几点建议供参考:

  1. 实验室超纯水避免与环境接触

  超纯水取水后很容易遭到环境污染,所以使用前取水(即取即用)方式时最合适的。只有把超纯水与环境接触的时间缩到极短,才能够获得纯度极高的超纯水。

  2. 不要长时间在储桶中存放

  在配置高纯度的化学试剂时,尽量不要使用长时间储桶中存放的超纯水,因为储桶经长时间使用后,会因杂质、微生物的污染而造成水质的劣化,像这种水,在使用时已经不再是超纯水。

  3. 纯水储桶安装空气过滤器

  纯水储桶最好安装空气过滤器,防止环境因素造成的污染。

  4. 超纯水避免日光直射

  储水桶请勿放置在日光直射处,水温上升,容易造成微生物繁殖。特别是半透明储水桶,也会因为日光通透而造成藻类繁殖。

  5. 取水要放掉初期的水

  超纯水取水时一定要将初期的出水放掉,以获得稳定的水质。

  6. 取水顺容器侧壁流入

  取水时让超纯水顺着容器侧壁流入,尽量不要让气泡产生,可降低空气污染。

  7. 不要在终端滤器连接软管

  请不要在终端滤器后再连接软管,使用直接取水的方式才能获得纯度高的超纯水。

  8. 不用超纯水时把水桶中水全都放掉

  长时间不用超纯水时,应将压力储水桶中的RO水全部放掉以防止污染。

  9. 长时间不使用把初期超纯水放掉

  超纯水机若长时间不使用,再次使用时应把初期超纯水充分放掉以确保水质。

  10. 保持超纯水机至少每7—10天通水一次

  原则上,超纯水机应至少每7—10天通水一次,以防止微生物污染。

  实验室用水管理

  实验室用水管理是一项严峻的课题,目前的实验室大多采取桶装纯净水搭配超纯水机产水,但各地区的桶装水由于水源的原因导致各品牌水质差异较大,而超纯水机的纯化技术又相对单一,难以精准控制产水水质;另外桶装水由于分装、运输时间不受监控,难以保证其是否满足实验室用水水源要求,这样使得超纯水机的耗材更换频繁,导致使用成本增加。

  目前国内一些高端实验室和大型制药企业都采取了中央纯水系统来保证实验室科研用水要求,基本可以解决以上问题;中央纯水系统也可以增加管理功能,如:水质实时监控、刷卡取水、即时产水用水等,对于实验工作有显著的帮助,且提升了实验室管理、对实验室标准化运作提供夯实基础,越来越多的人和单位都意识到了中央纯水系统标准化的重要优势和作用。

  编辑;实验室设计                              http://www.91jinxian.com/chunshuigc/