超纯水和水纯化技术

初级纯水 次中级纯水 中级纯水 高级纯水
初级纯水的水质指标相对较低，主要 用于一般实验室的独立超纯水机的前 置、器皿清洗、水栽培、高压灭菌锅 用水、蒸汽发生器用水、人造环境室 用水和实验动物饮用水等等。
次中级纯水的水质指标对离子的含量 要求比初级纯水要高，主要用于实际 的配制和稀释、缓冲液和溶剂的制备、 应用化学定性分析等等。
中级纯水在离子含量、TOC和细菌这 一块有了较严格的要求，主要用于火 焰原子吸收、一般组织细胞培养、细 胞和组织结构制备、电子照相、分光 偏振、水质分析、免疫细胞化学、电 生理、电化学、常规的高相液相等等。
超纯水机
实验室超纯水机的日常维护首先简单 认识一下超纯水机，无论进口还是国 产的设备，其原理都是一样的，自来 水经过精密滤芯和活性炭滤芯进行预 处理，过滤泥沙等颗粒物和吸附异味 等，让自来水变得更加干净，然后再 通过反渗透装置进行水质纯化脱盐， 纯化水进入储水箱储存起来，其水质 可以达到国家三级水标准。
有机物可能是阳离子、阴离子或非离子性的物质， 离子交换树脂可去除原水中一些可溶性的有机酸 和有机碱(阴离子和阳离子)，但有些非离子性的 有机物却会被树脂包覆，这过程称为树脂的“污 染阻塞”现象，不但会减少树脂的寿命，而且降 低其交换能力。为保护离子交换树脂，可将活性 碳过滤器安装在离子交换树脂之前，以去除非离 子性的有机物。
RO膜可执行离子排除，使得只有水可通过RO膜， 其余所有的离子及溶解的分子都被截留，并加以 排除(包括盐类和糖)。RO膜以电荷反应将离子排 除，带电荷愈大，排除性愈高，所以RO膜几乎 可排除所有的(>99%)强离子性的高价离子，但是， 对于弱离子性的单价离子(如钠离子)的效果只有 95%。不同的进水需要不同种类的RO膜，RO膜 包括由乙酸纤维酯制成，或是以聚硫胺与聚砜基 质的混合薄层聚合物。
紫外线照射法已广泛的使用在水处理上， 低压水银灯所放射出来的254nm的紫外线 是一种有效的杀菌方法，因为细菌中的 DNA及蛋白质会吸收紫外线而导致死亡。
近来在UV灯制造技术方面的进步，已可制 造同时产生185nm和254nm波长的紫外灯 管，这种光波长组合可利用光氧化有机化 合物，接着这种特殊灯泡，将纯水中的总 有机碳浓度降低至5ppb以下。
精密滤芯又称过滤滤芯，分线绕滤芯和PP熔喷滤芯， 主要过滤原水中的泥沙等大的颗粒物，其过滤精度有5 微米、1微米等。新的滤芯是白色，如果时间长了表面 会淤积泥沙等，呈现褐色，这就表示该滤芯不能用了， 用自来水冲洗掉表面淤泥后，可以勉强继续使用1-2周， 但不能长期使用。滤芯放在滤瓶里面，有的滤瓶是透 明的，可以直观地观察滤芯的颜色变化，有些滤瓶是 不透明的，需要将其拧开后才能观察滤芯的变化。从 经验数据统计来看，精密滤芯的寿命一般在3—6月， 如原水的泥沙多，则其寿命短些，泥沙等颗粒物少， 则寿命稍长一点。
活性碳的吸附过程是利用活性碳过滤器的孔隙大 小及有机物通过孔隙时的渗透率来达到的。吸附 率和有机物的分子量及其分子大小有关，某些颗 粒状的活性碳较能有效的去除氯胺。活性碳也能 去除水中的自由氯，以保护纯水系统内其他对氧 化剂敏感的纯化单元。 活性碳通常与其他的处 理方法组合应用。在设计纯水系统时，活性碳与 其他相关纯化单位的相关配置，是一项极为重要 的项目。
阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交 换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换 床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂 混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是那 一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树 脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行 “再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利 用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离 子交换树脂上的杂质。
维或压缩材料制成的基质，利用随机性吸附或是捕捉 方式来滞留颗粒。筛网滤膜基本上是具有一致性的结 构，就像筛子一般，将大于孔径的颗粒，都滞留在表 面上(这种滤膜的孔径大小是非常精确的)，而表面过滤
则是多层结构，当溶液通过滤膜时，较滤膜内部孔隙 大的颗粒将被滞留下来，并主要堆积在滤膜表面上。
由于上述三种滤膜的功能不同，因此对滤膜之间的分 辨非常重要。由于深层过滤是一种较为经济的方式， 可去除98%以上的悬浮固体，同时保护下游的纯化单元
纯化柱根据客户的水质需求有时也叫 超纯化柱，作用是对反渗透纯水进行 深度脱盐，最终达到一级水或超纯水 水平。其原理是离子交换。纯化柱的 寿命由电阻率在线来表现。低于某个 特定的电阻即表示纯化的是各个厂家在生产设 计时的离子交换树脂的填充量和离子 交换树脂的本身质量。
• 离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水，水中的离 子会与固定在树脂上的离子交换。常见的两种离子交换方法分别 是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之 前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树 脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。 离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离 子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会 以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样的， 以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交 换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与 从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。
电渗析(EDI)是一项结合了离子交换树脂和 离子选择性通透膜，并结合直流电去除水 中离子化杂质的技术。该项技术的发展克 服了离子交换树脂的局限性，特别是离子 交换柱耗竭时离子杂质的释放及重填或再 生离子交换柱的工作。
水通过一个或多个在阳离子或阴离子选择 膜之间填满离子交换树脂的管腔，在电场 的作用下，离子在离子交换树脂间向管腔 的两侧移动并进入另外的管腔，这个过程 中也会电解产生维持树脂处于再生状态所 需的H+和OH- 。流向两侧独立管腔的离子 被水冲刷掉。
1.蒸馏法 2.微孔过滤法 3.活性炭吸附法 4.反渗透法 5.离子交换法 6.EDI(电渗析法) 7.紫外照射发 8.超滤法
蒸馏法：加入少量高锰酸钾的水源， 用玻璃蒸馏装置进行二次蒸馏，再以 全石英蒸馏器进行蒸馏，收集于石英 容器中，可得超纯水。
• 微孔过滤法包括三种类型：深层过滤(depth)、筛网过 滤(screen)及表面过滤(surface)。 深层滤膜是以编织纤
1.超纯水概述 2.水纯化技术 3.超纯水机 4.纯水的应用
超纯水（Ultrapure water）又称UP水， 是指电阻率达到18.2 MΩ*cm（25℃） 的水。这种水中除了水分子外，几乎 没有什么杂质，更没有细菌、病毒、 含氯二噁英等有机物，当然也没有人 体所需的矿物质微量元素，也就是几 乎去除氧和氢以外所有原子的水。可 以用于超纯材料（半导体原件材料、 纳米精细陶瓷材料等）应用蒸馏、去 离子化、反渗透技术或其它适当的超 临界精细技术的制备过程。
微孔薄膜是依其孔径大小来去除颗粒，而 超滤(UF)薄膜则是一个分子筛，它以尺寸 为基准，让溶液通过极细微的滤膜，以达 到分离溶液中不同大小分子的目的。
超滤膜是一种强韧、薄、具有选择性的通 透膜，可截留大部分某种特定大小以上的 分子，包括：胶质、微生物和热源。较小 的分子，例如：水和离子，都可通过滤膜。 所以，超滤法可将截留液中的大分子加以 浓缩，但是，仍有些大分子会渗漏至滤过 液中。 超滤膜有数种不同的范围，在所 有的实例中，超滤膜会留在大部分大于其 分子筛所定义分子量的分子。
反渗透(RO)法是可达到90%~99%杂质去除率中最 经济的方法。RO膜的滤孔结构较UF膜还要致密， RO膜可去除所有的颗粒、细菌以及分子量大于 300的有机物(包括热源)。
当二种不同浓度的溶液，由一个半透膜隔开时， 渗透现象会自然发生。渗透压将水压过半透膜， 水将浓度较高的溶液稀释，最后造成浓度平衡。 在水纯化系统中，施加压力于高浓度的溶液中， 以抗衡渗透压。如此迫使得纯水由高浓度的液体 通过RO膜，并可加以收集。由于RO膜致密度极 高，因此，产出的水流很慢，需要经过相当的时 间，贮水箱内才会有足够的水量。
不会败坏或堵塞，因此通常被作为预过滤处理。表面 过滤可去除99.99%以上的悬浮固体，所以也可作为预 过滤处理或澄清用。微孔薄膜(筛网滤膜)一般被置于纯
化系统中的最终使用点，以去除最后残留的微量树脂 碎片、碳屑、胶质颗粒和微生物。例如：0.22μm微孔
滤膜，其可滤过所有的细菌，通常用于将静脉注射用 的液体、血清及抗生素进行除菌用。
活性炭滤芯活性炭滤芯主要通过 吸附作用，去除水中的异味、有 机物等。自来水中有余氯，对反 渗透膜有很大的氧化作用，所以 必须经由活性炭去除。活性炭滤 芯从表面上看没有直观的变化， 根据经验来看，一般在一年左右 就达到饱和吸附，需要更换。
反渗透膜是超纯水机中十分重要的部件，其孔 径非常小，所以在使用过程中常常有细菌等微 观物质淤积在其表面，一般各个厂家的纯水机 都有反冲洗功能，旨在洗掉污染物。用水量在 10升/天以内，可以冲洗3-5次，超过10升，则 多冲洗几次。如果长时间(如1个月以上)不用， 需要将其取出浸泡在消毒液里，避免细菌的滋 生，不过该过程比较麻烦，建议即使不用水， 都经常开机用少量的水，让机器内部的水形成 流通，尽量减少死水的沉积时间过长。反渗透 膜的寿命在2-3年，主要由客户的用水量来决定， 所以用户在选购的时候一定要选择所匹配的规 格。
用水以自来水为水源的超纯水机一般都有两个出水口， 分别是三级水和一级水，经反渗透出来的水是三级水， 存放在水箱里，而一级水是即用即取，不存放。三级 水没有通过纯化柱，一级水通过了纯化柱，一级水的 成本高于三级水。所以客户在日常应用的时候，应根 据水质需求分质取水，能用三级水时尽量不用一级水， 避免使用成本的上升。
若将离子交换法与其他纯化水质方法(例如反渗 透法、过滤法和活性碳吸附法)组合应用时，则 离子交换法在整个纯化系统中，将扮演非常重要 的一个部分。离子交换法能有效的去除离子，却 无法有效的去除大部分的有机物或微生物。而微 生物可附着在树脂上，并以树脂作为培养基，使 得微生物可快速生长并产生热源。因此，需配合 其他的纯化方法设计使用。