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日期:17-11-16 / 作者: 科瓦特小科 / 出處:科瓦特
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1、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。
2、水中存在的雜質
源水雜質(共5類) A. 電解質 B. 有機物 C. 顆粒物質 D. 微生物 E. 溶解氣體
A.電解質:水中的電解質包括可溶性無機物,有機物,以及帶電的膠體粒子。影響水的電導率。通常水的雜質越多,水的電導率就會高。我們知道,雜質多的水,對我們的化學分析會產生很不利的影響。電解質中尤以陰陽離子為主。一般可以通過用離子色譜法或原子吸收光譜法對其進行含量測定。也可聯用質譜法分析,對其中的位未知組分初步鑒定。
B.有機物:水中所含的有機物通常指有機酸和有機金屬化合物,測定方法通常為測定其化學耗氧量。
C.顆粒物質:泥沙、塵埃、有機物、微生物等。可以用專門的顆粒測定器測定
D.微生物:細菌,浮游生物,藻類等
E.溶解氣體:N2 、O2、 CL2 、 CO 、 CO2 等,可以用氣相色譜法測定其含量
3、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
4、水的純度的表示方法
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(mega ohm-centimeter)來表示。
電阻率的倒數稱為導電率或電導率,用μs/cm(micro Siemens per centimeter)來表示。
這兩個參數是表示水的純度的常用參數。
將自來水中的離子去除,會使得電阻率值升高(導電率降低),但并非無限制的增加,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。
5、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:
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 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/T11446-1997和中國國家實驗室用水規格GB6682-92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。
6、純水的應用
目前純水主要應用在兩大領域:
一、生命科學應用領域二、分析和常規應用領域
生命科學應用方面,主要有:細菌細胞培養,臨床生物化學,電泳,電生理學,酶聯免疫吸附分析,內毒素分析,組織學,水栽培,細胞免疫化學,哺乳動物細胞培養,介質制備,微生物分析,分子生物學,單克隆抗體研究,植物組織培養,放射性免疫分析等等。
分析和常規應用方面,主要有:蒸餾水器供水,蒸汽發生器,玻璃器皿清洗,樣本稀釋和試劑制備,超純水系統供水,固相萃取,普通化學,電化學,分光光度計,TOC分析,水質分析,離子色譜,火焰法原子吸收(Flame-AAS),石墨爐原子吸收(GF-AAS),高效液相色譜(HPLC),液質聯用(HPLC-MS),電耦合等離子光譜儀(ICP-AES),等離子質譜(ICP-MS),痕量金屬檢測,氣質聯用(GC-MS)等等.
對水的純度要求極高的幾個主要應用:
電泳:電泳用水重要的要求是生物活性物質諸如內毒素(通常小于0.05EU/ml),核糖核酸酶和蛋白酶(不可測定)的去除。 用電阻率18.2 MΩ-cm,TOC<10ppb,0.1μm或更小孔徑的微濾以及細菌含量低于1CFU/ml的超純水作為供水。
內毒素分析:從分離到細胞培養的各種應用領域用水都要求規定內毒素指標,內毒素大指標范圍從0.25IU/ml到0.03IU/ml。對內毒素分析,適用少內毒素的超純水,通常是0.05IU/ml或更小。超濾是制造少內毒素超純水的必須手段( 上通常使用MWCO為5000道爾頓的超濾膜),而且可以結合UV等進行光氧化。
石磨爐原子吸收光譜:GF-AAS與其他原子吸收光譜測定的不同之處是,其火焰爐被電子發熱石墨管或棒替代,能在元素分析中達到很高的靈敏度。GF-AAS要求頂級純水系統,提供ppt級的雜質水平,18.2 MΩ-cm的電阻率和低TOC水平。內置監測儀提供純度保證,終的水質指標是由良好的預處理系統,加上連續循環流路和純水的超純化而實現。
電感耦合等離子光譜儀:在ICP-AES應用中,對不同元素的靈敏度明顯不同,但金屬、過渡金屬、磷和硫檢測下限都在ppb范圍內。ICP-AES對水的純度要求相當嚴格,電阻率大于18 MΩ-cm的超純水是必須的,TOC的要求一般不太重要,前處理要求反滲透或離子交換。
等離子質譜:ICP-MS可被用于測定在ppt水平的元素。對這種靈敏的ICP-MS分析工作,水的純度要求非常嚴格,要求水中雜質在ppt水平,電阻率18.2 MΩ-cm和較低的TOC。終的水質指標是由良好的預處理系統,加上連續循環流路和純水的超純化而實現。
質譜分析:質譜能對混合物進行痕量分析,由于其高靈敏度,要求高純度的用水。所有的樣本制備和前處理,例如固相萃取都需要超純水。要求水中雜質在ppt水平,進行有機物分析時要求電阻率18.2 MΩ-cm,非常低的TOC,一般指標小于3ppb。
痕量金屬檢測: 的現代分析儀器不斷提升分析的靈敏度。痕量元素現在通過使用諸如ICP-MS技術,可測定在ppt和亞ppt水平的物質。痕量分析工作需要不含可測定成分的純水,并且水質要求適用于嚴格靈敏的ICP-MS工作。因此,空白試劑,標準樣稀釋和樣本制備均需要純度高的超純水,甚至需要在無塵室中操作。
隨著科技的發展,越來越多的應用開始要求使用純度高的超純水。
7、超純水保持佳水質的方法
超純水取水后很容易遭到環境污染,所以使用前取水(即取即用)方式時合適的。只有把超純水與環境接觸的時間縮到極短,才能夠獲得純度極高的超純水。
在配置高純度的化學試劑時,盡量不要使用長時間儲桶中存放的超純水,因為儲桶經長時間使用后,會因雜質、微生物的污染而造成水質的劣化,像這種水,在使用時已經不再是超純水。純水儲桶 安裝空氣過濾器,防止環境因素造成的污染。
儲水桶請勿放置在日光直射處,水溫上升,容易造成微生物繁殖。特別是半透明儲水桶,也會因為日光通透而造成藻類繁殖。
超純水取水時一定要將初期的出水放掉,以獲得穩定的水質。
取水時讓超純水順著容器側壁流入,盡量不要讓氣泡產生,可降低空氣污染。
請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。
長時間不用純水時,應將壓力儲水桶中的RO水全部放掉以防止污染。
超純水機若長時間不使用,再次使用時應把初期純水充分放掉以確保水質。
原則上,純水機應至少每7—10天通水一次,以防止微生物污染。
超純水使用要點:
1.即取即用
2.排掉前端初期水
3.取水時避免產生氣泡
水是很常見的,但是很少有人那么認真的去了解一下關于水的一些細節。也很少有人對水那么深入的去研究,但是水對于我們來說不僅是我們人類生存的必然條件,同樣也是一個實驗室正常運行的基本條件。
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