实验室用水标准

实验室用水
实验中的用水，由于实验目的不同对水质各有一定的要求,如仪器的洗涤、溶液的配制，以及大量的化学反应和分析及生物组织培养，对水质的要求都有所不同。

天然水中常常溶有钠、钙、镁的碳酸盐、硫酸盐、沙土、氯化物、某些气体以及有机物等杂质和一些微生物，这样的水不符合实验要求。

因此需要把水提纯，纯水常用蒸馏法、离子交换法、反渗透法、电渗析法等方法获得。

用蒸馏方制得的纯水叫做蒸馏水；用离子交换法等制得的纯水叫去离子水。

一、水的物理化学性质
水是无色无味无嗅的液体，沸点为100"C，冰点0℃，在温度为3．98℃时，密度最大为1kg／L，高于或低于3．98℃时，其体积都要膨胀，密度则都小于1g／m1。

水凝结成冰时，体积约增加十分之一。

水对热是很稳定的，在2000℃以上时才有极少部分分解为氢和氧。

水是强极性分子，很容易起化学反应，它能与很多金属、非金属的氧化物化合。

纯水的导电性很微弱。

天然水是指地面水(海水、江水、河水、湖、塘池水)和地下水(井水等)。

地面水含有机物较多，地下水含无机盐类较多．此外还有一些特珠的局部污染情况。

天然水中所含杂质可分为：①水溶性的悬浮物如泥土、，微生物、．沉淀物和油等；②可溶物如气体、电解质和非电解质等。

水中的杂质随来源而不同。

这些杂质对实验有不同程度的干扰和影响，因此在水纯化之前．要大致确定水中所含杂质的性质如数培、以选择可以除去杂质的合适方法。

未经纯化的水仅适用于初步洗涤较脏的器皿和一般用水。

纯化水时，悬浮物可用沉降、过滤或凝集等方法除去；可溶性气体用除气法驱除或化学处理解决：可溶性的非电解质可用活性炭吸附或用铝盐或铁盐来凝集；电解质可用离子交换或化学处理；蒸馏方法能去除全部固体污染物。

二、实验用水的制备
(一)蒸馏法制备纯水
蒸馏法制取纯水的原理是把水加热至沸，杀死微生物，并使水化成蒸汽，水中的不挥性物质，如大多数无机盐类不随水蒸发，而达到水与杂质分离的效果，然后把水蒸汽冷凝并收集起来。

水中溶有的气体杂质可随水一起蒸发而逸出。

将最初收集的冷凝水弃去，就可得到比较纯的水，这种水叫蒸馏水。

欲想得到更纯净的水可在蒸馏水中加入少量高锰酸钾溶液再蒸馏一次，可以又除去残留水中的有机物杂质，但不宜作痕量分析用水。

经过再次蒸馏的水称为重蒸馏水。

对于要求较高的实验还可进行第三次蒸馏，有时用亚沸蒸馏法。

制备pH=7的高纯水时，第一次蒸馏可加入氢氧化钠与高锰酸钾；第二次蒸馏加入磷酸(除NH3)；第三次用石英蒸馏器蒸馏(除去痕量的碱金属杂质)。

在整个蒸馏过程中，要避免水与空气的直接接触。

制备不含C02的蒸馏水，可将新蒸或近期蒸馏水加热煮沸30min即可。

制得的蒸馏水要注意密封保存，勿与空气接触。

此种蒸馏水适合配制pH试液。

制备不含酚、亚硝酸和碘的蒸馏水，可在蒸馏水中加入氢氧化钠，使其呈碱性，再次蒸馏即可。

制备不含氯的蒸馏水，是将一次蒸馏水在玻璃蒸馏器中先煮沸再进行蒸馏。

收集中间馏出部分即可．
制备不含氧的蒸馏水，可将蒸馏水煮沸小时，随即通过玻璃磨口导管与盛有焦性没食子酸碱性溶液的吸收瓶连接起来，冷却后可使用。

实验室使用的蒸馏水多用硬质玻璃或石英蒸馏器以及电热蒸馏器。

某些特珠用途的水可
用银、铂、金、聚四氟乙烯蒸馏器。

制取蒸馏水的流速不易过快，初馏出液应弃去(至少200m1)，当蒸馏器中的水只剩原体积为1／4时停止蒸馏，盛装蒸馏水的容器有硬质玻璃蒸馏器和石英蒸馏器。

(二)离子交换法制备纯水
用离子交换法制备的纯水通常称作“去离子水”或“无离子水”。

由于离子交换法制取纯水具有出水纯度高。

操作简单。

已为实验室广泛采用：有条件的实验室均应设立离子交换设备。

1．基本原理制备去离子水所用的离子交换树脂是一种不溶于水、酸、碱和一般有机溶剂、化学稳定性好的高分子聚合物。

具有交换容量高，机械强度好、耐磨性大，膨胀性小，可以长时问使用等特点。

它由交联结构的骨架和带有活性离子的交换基因两部分组成。

联结在骨架上的交换基因中的活性离子可与溶液中其它同性离子起交换作用：树脂本身的结构并不因此发生变化。

当交换基因上的活性离子全部被交换而失去了交换能力后·
只要对树脂进行再处理，仍可继续使用。

离子交换树脂按其交换作用可分为二类：一类能置换水中阳离子的称为阳离子交换树脂；另一类能置换水中阴离子的称为阴离子交换树脂．制备纯水一般选用强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。

2．离子交换树脂的选用离子交换树脂为半透明或不透明的球状物，颜色有浅黄、黄、棕色等，商品种类繁多，分为强酸性阳离子交换树脂；强碱性阳离子交换树脂；强碱性阴离子交换树脂；弱碱性阴离子交换树脂。

前两种主要吸附无机阳离子和有机碱，后者能吸咐无机阴离子和有机酸。

同一种类的离子交换树脂由于粒子的形状、大小、多孔性和密度不同，又可分成许多种。

应根据使用目的选择最适当的离子交换树脂，通常离子交换树脂的粒子大小在15～60目。

粒子愈小。

则其交换速度就愈大，但若粒子太细，则在交换筒中的填空压增大，而且在再生逆洗时，树脂离子与尘埃层悬浮物等的分离会发生困难，所以一般最常选用树脂的粒子为20～40目．
离子交换树脂对离子的交换能力。

用全交换容量(总交换容量)和工作交换容量(动态工作状态下的交换容量)来表示。

交换容量是每克干燥树脂能交换离子的毫克摩尔数·
它决定于网状结构中活性基因数目。

交联度是离子交换树脂的重要性质之一。

树脂的网眼是由交联剂形成的．国产树脂的交联度一般为4～14％。

树脂的交联度小时，水溶性强。

加水后树脂的膨胀性大，网状结构的网眼大，交换反应快，体积大和体积小的离子都容易进入树脂，交换的选择性低；相反树脂交联度大时，则水溶性物加水后树脂的膨胀性小。

网眼小，交换慢，体积大的离子不容易进人树脂，因而具有一定的选择性，制备纯水所选用树脂的交联度是7～12％．制取纯水一般选用强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，选择时须注意树脂的密度，因为混合床式离子交换树脂在使用后，树脂吸咐离子达到饱和状态·在再生时需要利用两种树脂的密度差别，以逆洗的方式把两种树脂分开，如果树脂的密度太接近，分离就十分困难。

如果购来的阳离子交换树脂是氢型。

阴离子交换树脂是氢氧性，只要把树脂经反复漂洗，在除去其中水溶性杂质、灰尘、色紊等后装入交换柱即可使用．如果分别为钠型和氯型，应加以处理转为氢型和氢氧型后才能使用。

失效后的树脂即变为钠型和氯型，分别用酸和碱处理，交换反应向相反方进行，树脂又转变为氢型和氢氧型。

这叫做离子交换树脂的再生。

璃，有机玻璃、聚乙烯和石英容器等等。

在耐热方面一般阴离子交换树脂比阳离子交换树脂差。

阳离子树脂钠型在100～
120~C、氢型在80～100~C稳定。

阳离子树脂氯型在80～100~C，氢氧型在低于50~C稳
定。

当温度低于0℃时树脂易冻结破裂。

3．制备去离子水的过程
(1)新树脂的处理和装柱
①清水浸洗新购得的树脂，常含有若干未参与偏聚或加聚反应的低分子物质和高分子组分的分解产物及各种尘埃。

当树脂与水、酸、碱溶液接触时，这些杂质会进入溶液，所以新树脂在使用前应清洗。

清洗前将阳、阴离子分另U置于玻璃、塑料或搪瓷容器中，用澄洗的水浸泡1 2h以上，不断用玻棒搅动，使其充分吸水膨胀，其体积的膨胀幅度可达4～5倍。

然后用水反复漂洗，直至洗出液无色澄清为止。

②乙醇浸泡将洗净的树脂浸泡于95％乙醇中12～24h，倒净乙醇用水洗至无醇味为止。

此步主要是除去醇溶性物质。

⑧酸碱处理将一定浓度的酸，碱溶液加入树脂中，利用酸、碱溶液中的H’和OH一离子·分别将树脂上所吸咐的阳、阴离子置换下来，使离子交换树脂获得交换水中阳阴离子的能力，阳离子交换树脂用7～8％的盐酸溶液浸泡2～3小时，排尽盐酸，用蒸馏水或冷开水清洗至洗出水pH4～5左右；再用8％氢氧化钠按上法操作，用水洗至pH9～10止·再用7％盐酸浸泡4小时，不时搅拌，将盐酸排尽，用蒸馏水或去离子水反复洗至pH≈4，无CT一即可。

阴离子交换树脂用8％氢氧化钠浸泡，操作方法同阳离子交换树脂，洗至pH9～10，再用7％盐酸浸泡，同上法操作，洗至pH3～4。

再用8％氢氧化钠浸泡4h，不时搅拌，最后把氢氧化钠溶液排尽，用蒸馏水或去离子水洗至pH=8。

转型时的化学反应表示如下：
R-Na＋表示钠型阳树脂，R'-C1－表示氯型阴树脂。

④装柱离子交换柱一般是用玻璃、有机玻璃或塑料制成，使用前用铬酸洗液浸泡4小时，以除去杂质和油污。

然后用自来水和蒸馏水冲洗干净。

装人经过处理的新树脂。

交换柱中先注入一半水，然后将树脂和水一起倒人柱中。

装柱时，柱中水不能漏干，否者树脂问形成空气泡，影响交换量和流速。

交换柱的树脂层的上方应保持一定空间，以备再生时逆洗。

阳离子和阴离子交换树脂应分别装入柱中．
树脂的用量按体积计算，一般阴离子交换树脂为阳离子交换树脂的1．5～2倍。

使用时将两个或两个以上的交换柱串接起来，串联的柱越多，所得净化水的纯度越高。

一般的连接方式是，强酸性阳离子交换树脂一强碱性阴离子交换树脂一混合树脂柱。

流速应控制在每分钊-通过的水相当于树脂体积即可?《主要依据水源的质量)。

交换制得的无离子水经检验合格后便可使用。

经过离子交换装置的去离子水虽然纯度很高，但它不能除去细菌、高分子有机物、致热源以及一些非电离杂质。

如果把去离子水装置和蒸馏装置配套使用，所制得的水的纯度更能满足痕量分析和生物分析的需要。

(2)树指的再生离子交换树脂吸附一定量离子后交换能力逐渐减弱，最后失去再吸咐离子的能力，这就需要用再生剂盐酸来再生阳离子树脂，用氢氧化钠再生阴离子树脂，使之恢复吸咐离子的能力。

为了要r达到完全再生，所用的再生剂要按理论交换总容量的3～20倍。

树脂的再生与处理方法基本相同，其步骤如下：
①逆洗拆开各交换柱问联接胶管逐柱进行逆洗。

·将水从交换柱底部通人，废水从顶部排出，将被压紧的树脂层松动，洗除树脂碎粒和其它杂质，：排除树脂层内的气泡等，以利于再生，洗至水清澈，逆洗时间一般为15～30mifi。

、’阳橼腮不德用常水逆洗。

逆洗混合柱的时问耍长些，以使阴阳树脂分开。

如果分不开，j可将渴啥澍酯倒人+20％的氯化钠溶液中，利用阴阳树脂比重不同将它们分开。

阴树脂浮在溶液上葡弩附树髑r沈r在底部。

逆洗后从下部放水至液而高出树脂层表面10cm。

②再生将5～7％的盐酸从阳离子交换树脂柱顶部注入，使盐酸理馒藏经阳离子树脂，流速控制在50～60ml／min，直至检查流出液中酸浓度与加进去的酸浓藿霆卷；近为止，此过程约45～60min。

阴离子交换树脂柱。

用6～8％的氢氧化钠溶液从柱顶部注入，缓慢流经阳。

树脂层，流速为50～60／min，直到流出液中的碱浓度与加进去的碱浓度接近为止，此过程约’t卞1．5小时。

⑨洗涤洗涤的目的是将再生过后柱中的再生剂淋洗干净。

洗涤用水最好是去离子7jC,或蒸馏水。

从柱的顶部注入，废水从柱下流出，控制速度约为2倍于再生剂的流速，开始15rain可慢些．阳柱洗至pH=3～4，用铬黑T检验应无阳离子，大约需20～30min。

阴柱洗至pH=11～12，用硝酸钙溶液检验应无氯离子。

须注意所有操作均不可将柱中水放至树脂层以下，以免树脂之问产生气泡．经过以上再生处理的树脂柱串接即可使用。

4．注意事项
(1)离子交换树脂一般可反复再生，使用数年；但在使用时树脂的温度不得超过50~C，也不宜长时问与高浓度的强氧化剂接触∥否者会加速树脂的老化。

j缩短其寿命。

(2)经过处理过的树脂制备纯水的量主要依据原水电解质多少而定。

一般自来水的电解质总量约为200mg／L'个别地区高达t000mg厂L，而普通蒸馏水总电解质含量约为
10～20mg／L，所以用普通蒸馏水作原水处理量可比自来水大10倍。

水中杂质的含量：
盐碱地水>井水或泉水>河水>塘水>自来水>雨水。

有机质污染程度，塘水>河水>井水>泉水>自来水。

水中杂质含量越少，产量越高。

所以对水源的选择很重要。

对于不符合饮用水标准的水源。

在用于制取纯水之前，．应进行予处理(包括沉淀。

“过滤等)。

(3)在处理离子交换树脂时，应按规定的条件进行，特别要注意控制流速及各个步骤的pH值，流速不能太快。

检查pH所使用的广泛试纸误差较大，受潮后更不准确，I放致误认为已淋洗至所要求的pH值，而使水质不合格．，，因此检查时要用干燥的精密pH试纸或酸度计。

(4)树脂长期使用后部分受到污染。

可用‘20％氯化钠浸泡12h。

并按照新树脂的使用方法处理。

(5)离子交换装置在停用时，应保持足够的水浸泡讨脂，并用夹子把两头夹紧，以免树脂层因出现气泡和被污染生长霉菌，’影响交换水的质量。

如果长期不使用应排除交换柱
中的存水。

(6)交换柱放置过夜后。

次日使用时。

初出水的质量较差，放出几分钟后，即可恢复正常：
(7)夏季气温较高，吸附在树脂上的有机物容易生长微生物，因此在夏季交换装置即使不用也耍定期更换新鲜蒸馏水或去离子水。

如遇微生物生长，可用0．25％甲醛液处理3～5h，然后用水洗净即可．
(三)蒸馏水和去离子水的保存
蒸馏水和去离子水应存于良好塞子的硼硅酸盐玻璃器皿内。

聚乙烯容器一般对所有用途的水都适合，尤其是分析钠和硅酸盐类物质时，它比玻璃容器还要可取。

但是从这类容器上可浸析下来有机物质，所以研究有机物质最好用硬质玻璃容器。

蒸馏水和去离子水必须在制备后尽快使用，久贮或存放不妥会造成污染，尤其是高纯水最容易污染。

用于痕量分析的纯化水最多也只能贮存一星期。

到期未用的水，可用于要求不高的一般实验。

纯化后的水即使贮存在聚乙烯瓶或聚丙烯瓶等容器中贮藏30天，某些痕量元素和杂质的含量增加5～10倍。

如果用硼硅玻璃贮藏纯化水，水中杂质如铝、铜、铁、铅和锌的浓度要比用聚乙烯或聚丙烯瓶贮藏的高得多。

由于非电解质无适当的检验方法。

因此
可用电解质的变化即水中金属离子变化来观察其污染情况，下表介绍了重蒸馏水和离子交换水在不同容器中贮藏两星期后金属离子含量的变化情况。

从下表可以看出纯水贮放于硬质或涂石腊的瓶都会使金属离子含量增加、故宜贮藏于不受离子沾污的容器，如有机玻璃、聚乙烯容器中为妥，如果有条件最好贮于石英容器中．纯水贮存在不同容器二周后金属离子含量
三、实验用水的质量和检验
水质纯度如何是实验的基础，甚至是许多实验的成败关键。

实验室所用的试剂和溶剂应该用纯水配制。

当然，对水纯度的要求取决于实验的目的，例如，毒物和痕量元素分析一般的蒸馏水达不到要求，这些实验要求水的纯度极高。

蒸馏水和去离子水适用于许多用途。

这两种纯化水质的技术都有自身的优点和缺点。

去离子法可除去蒸馏法所无能为力的离子状态杂质，如氨和二氧化碳，但是非离子状态杂质，包括许多有机化合物、细菌、热原等不能用离子交换树脂除去。

胶态物质能透过离子交换柱系统。

而这些却能被蒸馏法除去，所以实验中有关生物物质，如酶的反应，以及生物基准物质的配制，建议使用由去离子水经过全玻蒸馏器制得的双蒸水。

一些国家对纯水提出按“试剂级”要求，下表2-16列举了美国化学学会(ACS)对试剂级水质的要求，表2-17列举了四种等级试剂水的标准。

表2一16ACS关于试剂水的规格
﹡于500ml水中加人1m1硫酸和0．1mol／L高锰酸钾o．03 ml，室温下放置l小时后．粉红色不应完全褪去．
表2 17 四种试剂水的标准
★每升溶液加人0．01mol／L高锰酸钾0．40m1
一级纯水可配制痕量金属分析的溶液；一级水通常由二次蒸馏所得，适用于除去有机
物比除去痕量金属离子更为重要的实验；三级水则用于实验室玻璃幕皿的洗涤和冲洗；四级
水可用在纯度要求不很高的场合，如配制重络酸钾洗涤液，冲洗离子交换树脂等。

我国把实验室用水分为下列三级。

我们通常应使用三级水即可。

分析实验室用水规格
项目名称一级二级三级
pH范围（25℃） -- -- 5.0-7.5
电导率（25℃），mS/m ≤ 0.01 0.10 0.50 可氧化物质（以O2计），mg/L＜ -- 0.08 0.4
吸光度（254nm，1cm光程）≤ 0.001 0.01 --
溶解性总固体（105±2）℃，mg/L≤ -- 1.0 2.0 可溶性硅（以SiO2计），mg/L＜ 0.01 0.02 --
表2-18列举了不同水中金属离子的含量，自来水中钨、镁和钠的含量最高。

金属制成
的商品蒸馏器的蒸馏水，水的纯度有很大提高i但铜和铅的污染也很高。

去离子蒸馏水适合
各种痕量分析和超痕量分析，能够获得较低的空白，也非常适合生物实验用水。

表2-18不同水质中金属离子含量
不管使用那种方法制得的纯水，在使用前应进行纯度检查。

如果某一次实验所用的纯水
质量前后一致，无疑能提高实验准确度。

下面介绍一些水质检查方法，．可根据需要选用：
(一)氯离子的检验
取水样lOml于试管中，加5％硝酸5滴酸化，再加0．1mol／L硝酸银1滴，摇匀目视
有无白色乳状现象，如无氯离子应为无色透明，如有白色乳状沉淀说明水中氯离子存在，水
质不合格。

反应式如下：
(二)钙离子的检验
取水样30ml，加少许氨水调节pH为中性，加入两滴铬黑T指示剂，若溶液呈红色，说
明水中有钙盐存在。

正常呈蓝色。

(三)硅酸盐的检验
纯水中的硅含量不得大于0．05mg／L。

取水样30ml，加1：3．5硝酸5ml和5％钼酸铵溶液5ml，室温下放置5min或水浴上放置30s，加1％亚硫酸钠5ml，目视有否蓝色，如有蓝倒说明水中有硅酸盐存在。

(四)氨和铵盐的检验
取50ml水，加入2ml碱性碘化汞钾溶液，置白纸上，自上透视溶液为无色或稍微带黄色，说明水中无氨离子存在，如果有明显黄色或棕红色说明水中含有氨离子。

(五)三价铁离子和二价铁离子的检验
取10ml水，加入5ml 10％的磺酸水杨酸和l：3的氢氧化铵溶液5ml，若无Fe3’和Fe2’离子存在，水样应不显黄色。

(六)镁离子的检验
取水样适量，加一滴0．1％的鞑靼黄和数滴6mol／L的氢氧化钠溶液，若水样呈现淡红色，说明有Mg升离子存在；若为橙色，符合水质要求。

(七)重金属盐的检验
取水样30ml，加稀醋酸1m1，新配制硫化氢溶液10ml，10min后与对照液(取水40ml 加1 m1稀醋酸)比较，其颜色不得更深。

(八)二氧化碳的检验
可选用以下两种方法之一。

1．取水样30ml，置磨口塞三角烧瓶中，加氢氧化钙溶液25ml，塞紧、摇匀再静置
lh，不得有混浊。

2．取水样100ml、加入0．1％酚酞溶液3～4滴若水样呈微红色，说明水中无C02存在；若为无色，即以O．100mol／L的NaOH标准溶液进行滴定，滴至溶液显微红色，并在一分钊，内颜色不消失时为止，计算C02的含量。

(九)pH值的检验
纯水的pH值为6．5～7．0，小于此数值时，表明水中溶解有较多的C02；大于此值一般是由于HC02离子含量较高所致。

检验方法：取水样10ml加入甲基红溶液2滴，不得显红色；另取水样lOml，加溴麝香草酚蓝溶液5滴，不得出现蓝色。

否则即为不合格。

pH计测定最为可靠。

也可用精密pH试纸进行检查。

(十)电导率的检验
水的纯度通常用水的电阻率或导电率来间接表示，这是因为含有杂质的水，往往会引起水的导电性增加。

根据水质愈纯，各种离子越少，电阻越大的原理，可用电导仪或水质纯度仪检查水质。

各种方法制得纯水的电阻见表2-1 9，表2-20。

表2-19纯水电阻。

表2_20不同电阻率纯水中的电解质量含量
附：水质纯度仪的使用
水质纯度仪是侧定水中电阻的仪器．
1．结构与性能
测试范围：低阻挡100～20000fl
高阻挡1 0000～2000000f2
测量准确度：读数误差<±1 0％
测量灵敏度：读数旋钮转动一小格，指示器指针至少偏转一小格。

电源：直流6V
电极：紫铜镀镍后再镀钨钴合金并用有机玻璃注塑而成。

因为极板面积为Icm2，两极板之问距离为1cm。

，所以测得的电阻值即为比电阻值。

仪器校对：仪器内装有范围为450～500K电位器一只。

作为高阻校核刻度之用。

校核方法是将高、低挡开关拨至“高”，打开电源开关，将旋钮在450～500K之问调整。

指针应趋向最小值。

否则说明仪器有故障。

2．使用方法
(1)为了防止污物附在电极表面而影响读数，在使用前应先用5％的稀盐酸将电极浸泡l-2min，取出冲净后再使用。

(2)将电极导线插头插入水质纯度仪板面上的“测量电极”插孔内，注意要插紧，避免接触不良造成读数误差。

(3)使水充满电极内。

不得有气泡，测纯水时，将倍率开关拨至“高”挡，测水源时，倍率开关板至“低。

挡。

(4)将电源开关板至“开”，调节读数旋钮，使指示器指针超于最小值(接近0)红线所指读数乘以倍率，即为测量值虬。

如倍率开关置?高”挡处读数为-5，!则测量值=5×10’Q=50万Q。

测量完毕，关闭电源。

3．常见故障和注意事项
(1)通电后指针不动。

可能是电池接触松动，电源开关接触不良、元件脱焊或损坏。

(2)使用一段时问后。

；如指针调不到“0”位时，表明电池不足，需更换电池。

电池不足时，灵敏度也下降。

(3)电极不宜接触高浓度的酸碱。

插头应防止沾水受潮而影响测量准确度。

另外，DDS——瞟列电导仪也能满足测量高纯水的需要。