科普——實(shí)驗(yàn)室里的各種水
蒸餾水、純水、各種洗液、**水二級(jí)水三級(jí)水，實(shí)驗(yàn)室里各種水，分析檢測(cè)常常會(huì)用到。
但是，你用對(duì)了嗎……
01——水的基本性質(zhì)
1個(gè)水分子(H2O)是由1個(gè)氧原子和2個(gè)氫原子彎曲鍵結(jié)而成。由于正、負(fù)電荷的中心不一致，因此屬于極性分子。當(dāng)2個(gè)水分子同時(shí)存在時(shí)，二者會(huì)由靜電交互作用與氫鍵結(jié)合，互相吸引并保持一定的距離。而1個(gè)水分子可以同時(shí)與4個(gè)水分子結(jié)合，形成晶體般的整齊結(jié)構(gòu)。
水分子聚合體中，由于氫鍵鍵結(jié)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)部分?jǐn)嗔?，而形成逐次移?dòng)變化的狀態(tài)，因此水在整體上呈現(xiàn)液態(tài)，而此結(jié)構(gòu)變化每秒可達(dá)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(zhì)，就會(huì)覺(jué)得好喝，若含有大量殘留的鹽類(lèi)，如鎂、鈣等非酸堿中性鹽類(lèi)，就會(huì)覺(jué)得難喝。也就是說(shuō)，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(lèi)和含量決定了水的味道。
水極易溶解鹽類(lèi)，即使陰陽(yáng)離子經(jīng)由靜電的交互作用，很強(qiáng)的結(jié)合在一起，在水中也很容易電解。這是因?yàn)?，水分子可以和離子結(jié)合產(chǎn)生“水合離子”。離子的半徑很小，電荷大的離子會(huì)與水分子強(qiáng)力的交互作用，由水分子在離子的周?chē)o密排列。這時(shí)候，陽(yáng)離子會(huì)與帶負(fù)極矩的氧原子相互作用，而陰離子則形成相反的結(jié)構(gòu)。
02——水中存在的雜質(zhì)
可溶性無(wú)機(jī)物：無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、溶解氣體、重金屬、硬度成分(鈣、鎂等)。
可溶性有機(jī)物：木質(zhì)素、單寧、腐植酸、內(nèi)**、RNA分解酶、農(nóng)藥。、三氯甲烷、環(huán)境***物質(zhì)、界面活性劑、有機(jī)溶劑。
微粒子：鐵銹、膠體、懸浮物、固體顆粒。
微生物：**類(lèi)、藻類(lèi)。
03——實(shí)驗(yàn)用水所要求的純度
所謂實(shí)驗(yàn)，是指對(duì)現(xiàn)象所推測(cè)的假設(shè)加以驗(yàn)證的動(dòng)作。假設(shè)能否被證明為真理，與假設(shè)能否具有再現(xiàn)性的結(jié)果至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)性除了要有良好的技巧，還受到所用化學(xué)試劑的純度和分析儀器的精密度的影響。實(shí)驗(yàn)中用來(lái)配置溶液的化學(xué)試劑，及所使用的水的純度也非常重要。假設(shè)水中污染物對(duì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)會(huì)造成影響，就必須去除這些物質(zhì)。此外，為了取得良好的再現(xiàn)性結(jié)果，使用能保持穩(wěn)定水質(zhì)的純水是必要的。
隨著實(shí)驗(yàn)用的分析系統(tǒng)靈敏度的提高，對(duì)水的純度有了更高的要求。
1ppm=1mg/L
1ppb=1μg/L
1ppt=1ng/L=1μg/ml
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(lái)監(jiān)測(cè)兩極間的導(dǎo)電率，通過(guò)所加電壓和測(cè)得的電流能夠獲知兩極間的電阻值，這個(gè)數(shù)值在水質(zhì)分析中通常被稱(chēng)為電阻率或比電阻，其單位用MΩ.cm(megaohm-centimeter)來(lái)表示。電阻率的倒數(shù)稱(chēng)為導(dǎo)電率或電導(dǎo)率，用μs/cm(microSiemenspercentimeter)來(lái)表示。
這兩個(gè)參數(shù)是表示水的純度的*常用參數(shù)。
將自來(lái)水中的離子去除，會(huì)使得電阻率值升高(導(dǎo)電率降低)，單并非無(wú)限制的增加，這是因?yàn)椴糠炙肿訒?huì)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(huì)隨著水的電離常數(shù)而改變，因而會(huì)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(dāng)溫度上升1℃，其電阻值將下降0.84MΩ.cm。因此，多使用補(bǔ)償至25℃的電阻率值來(lái)做衡量標(biāo)準(zhǔn)。
此外像總有機(jī)碳含量(TOC)，熱源內(nèi)**含量，**含量，顆粒含量，微生物含量，總?cè)芙夤腆w含量(TDS)等也常常被用作補(bǔ)充說(shuō)明水質(zhì)的重要參數(shù)。因此，水的純度標(biāo)準(zhǔn)通常由以上這些參數(shù)的一項(xiàng)或幾項(xiàng)來(lái)綜合說(shuō)明、分級(jí)。
04——純水的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
實(shí)驗(yàn)室純水可分為4個(gè)常規(guī)等級(jí)：純水、去離子水、實(shí)驗(yàn)室Ⅱ級(jí)純水和超純水。
純水：純化水平*低，通常電導(dǎo)率在1-50μs/cm之間。它可經(jīng)由單一弱堿性陰離子交換樹(shù)脂、反滲透或單次蒸餾制成。典型的應(yīng)用包括玻璃器皿的清洗、高壓**器、恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱和清洗機(jī)用水。
去離子水：電導(dǎo)率通常在1.0-0.1μs/cm之間。通過(guò)采用含強(qiáng)陰離子交換樹(shù)脂的混床離子交換制成，但它有相對(duì)較高的有機(jī)物和**污染水平，能滿(mǎn)足多種需求，如清洗、制備分析標(biāo)準(zhǔn)樣、制備試劑和稀釋樣品等。
實(shí)驗(yàn)室Ⅱ級(jí)純水：電導(dǎo)率<1.0μs/cm，總有機(jī)碳(TOC)含量小于50ppb以及**含量低于1CFU/ml。其水質(zhì)可適用于多種需求，從試劑制備和溶液稀釋?zhuān)綖榧?xì)胞培養(yǎng)配備營(yíng)養(yǎng)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(shù)制成，也可以再結(jié)合吸附介質(zhì)和UV燈。
超純水：這種級(jí)別的純水在電阻率、有機(jī)物含量、顆粒和**含量方面接近理論上的純度極限，通過(guò)離子交換、RO膜或蒸餾手段預(yù)純化，再經(jīng)過(guò)核子級(jí)離子交換精純化得到超純水。通常超純水的電阻率可達(dá)18.2MΩ-cm，TOC<10ppb，濾除0.1μm甚至更小的顆粒，**含量低于1CFU/ml。超純水適合多種精密分析實(shí)驗(yàn)的需求，如高效液相色譜(HPLC)，離子色譜(IC)和離子捕獲-質(zhì)譜(ICP-MS)。少熱源超純水適用于像真核細(xì)胞培養(yǎng)等生物應(yīng)用，超濾技術(shù)通常用于去除大分子生物活性物質(zhì)，如熱源(結(jié)果為<0.005IU/ml)以及無(wú)法檢測(cè)到的核酸酶和蛋白酶。
目前世界上比較通用的純水標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾個(gè)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)，美國(guó)臨床病理學(xué)會(huì)(CAP)試藥級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)測(cè)試和材料實(shí)驗(yàn)社團(tuán)組織(ASTM)，臨床試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際委員會(huì)(NCCLS)，美國(guó)藥學(xué)會(huì)(USP)等。同時(shí)，我國(guó)也有相應(yīng)的純水標(biāo)準(zhǔn)：中國(guó)國(guó)家電子級(jí)超純水規(guī)格GB/T
11446-1997和中國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格GB/T 6682-2008等。因此市面上絕大多數(shù)的純水系統(tǒng)，無(wú)論是進(jìn)口的還是國(guó)產(chǎn)的，都是依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)流程的。
05——實(shí)驗(yàn)室用水標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室用水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6682-92
**水用于有嚴(yán)格要求的分析實(shí)驗(yàn)，如，液相色譜分析用水等。
二級(jí)水用于無(wú)機(jī)痕量分析，如，原子吸收光譜分析用水等。
三級(jí)水用于一般化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)。
國(guó)標(biāo)（GB6682-92）的補(bǔ)充說(shuō)明：由于在**和二級(jí)水的純度下，難于測(cè)定其真實(shí)的pH值，因此對(duì)**和二級(jí)水的pH值范圍國(guó)標(biāo)不作規(guī)定。
