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)會部分?jǐn)嗔?，而形成逐次移動變化的狀態(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(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)椋肿涌梢院碗x子結(jié)合產(chǎn)生“水合離子”。離子的半徑很小，電荷大的離子會與水分子強(qiáng)力的交互作用，由水分子在離子的周圍緊密排列。這時(shí)候，陽離子會與帶負(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)

可溶性無機(jī)物：無機(jī)鹽類、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)毒素、RNA分解酶、農(nóng)藥。、三氯甲烷、環(huán)境荷爾蒙物質(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：細(xì)菌類、藻類。

03

實(shí)驗(yàn)用水所要求的純度

所謂實(shí)驗(yàn)，是指對現(xiàn)象所推測的假設(shè)加以驗(yàn)證的動作。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)水中污染物對實(shí)驗(yàn)檢測會造成影響，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，來監(jiān)測兩極間的導(dǎo)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(gè)數(shù)值在水質(zhì)分析中通常被稱為電阻率或比電阻，其單位用MΩ.cm(megaohm-centimeter)來表示。電阻率的倒數(shù)稱為導(dǎo)電率或電導(dǎo)率，用μs/cm(microSiemenspercentimeter)來表示。

這兩個(gè)參數(shù)是表示水的純度的最常用參數(shù)。

將自來水中的離子去除，會使得電阻率值升高(導(dǎo)電率降低)，單并非無限制的增加，這是因?yàn)椴糠炙肿訒婋x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(shù)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(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℃的電阻率值來做衡量標(biāo)準(zhǔn)。

此外像總有機(jī)碳含量(TOC)，熱源內(nèi)毒素含量，細(xì)菌含量，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)來綜合說明、分級。

04

純水的分級標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)室純水可分為4個(gè)常規(guī)等級：純水、去離子水、實(shí)驗(yàn)室Ⅱ級純水和超純水。

純水：純化水平最低，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、高壓滅菌器、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。通過采用含強(qiáng)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(jī)物和細(xì)菌污染水平，能滿足多種需求，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級純水：電導(dǎo)率<1.0μs/cm，總有機(jī)碳(TOC)含量小于50ppb以及細(xì)菌含量低于1CFU/ml。其水質(zhì)可適用于多種需求，從試劑制備和溶液稀釋，到為細(xì)胞培養(yǎng)配備營養(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：這種級別的純水在電阻率、有機(jī)物含量、顆粒和細(xì)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(yù)純化，再經(jīng)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(dá)18.2MΩ-cm，TOC<10ppb，濾除0.1μm甚至更小的顆粒，細(xì)菌含量低于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(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾個(gè)：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)，美國臨床病理學(xué)會(CAP)試藥級用水標(biāo)準(zhǔn)，美國測試和材料實(shí)驗(yàn)社團(tuán)組織(ASTM)，臨床試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)國際委員會(NCCLS)，美國藥學(xué)會(USP)等。同時(shí)，我國也有相應(yīng)的純水標(biāo)準(zhǔn)：中國國家電子級超純水規(guī)格GB/T 11446-1997和中國國家實(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)，無論是進(jìn)口的還是國產(chǎn)的，都是依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)流程的。

05

實(shí)驗(yàn)室用水標(biāo)準(zhǔn)

中國國家實(shí)驗(yàn)室用水國家標(biāo)準(zhǔn)GB6682-2008

一級水用于有嚴(yán)格要求的分析實(shí)驗(yàn)，如，液相色譜分析用水等。

二級水用于無機(jī)痕量分析，如，原子吸收光譜分析用水等。

三級水用于一般化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)。

國標(biāo)（GB6682-2008）的補(bǔ)充說明：由于在一級和二級水的純度下，難于測定其真實(shí)的pH值，因此對一級和二級水的pH值范圍國標(biāo)規(guī)定。