實(shí)驗室凈水系統差異、類(lèi)型、用途比較

水凈化系統從給水（自來(lái)水或預處理水）中去除各種污染物，以生產(chǎn)適合實(shí)驗室內各種應用的純水。

常見(jiàn)的實(shí)驗室自來(lái)水污染物

自來(lái)水中常見(jiàn)的污染物包括酶（核酸酶和蛋白酶）、氣體、有機物、微生物（細菌、病毒）、膠體和無(wú)機離子。水純度系統旨在過(guò)濾某些應用中特有的特定類(lèi)別的污染物；系統之間的其他主要區別包括水箱容量、生產(chǎn)率、產(chǎn)水等級、可擴展性、維護水平和遠程分配。

什么是實(shí)驗室級水？

由于實(shí)驗室級水用于廣泛的過(guò)程，因此去除污染源的給水對于確保準確的結果至關(guān)重要。

實(shí)驗室水中最常見(jiàn)的污染物是什么？

常見(jiàn)的水性污染物的主要類(lèi)別是微生物、酶、無(wú)機帶電離子、膠體、氣體和有機物。

水污染源 - 細胞培養、PCR 反應和實(shí)驗室研究

細菌和病毒等微生物會(huì )影響細胞培養研究、PCR 反應和環(huán)境研究的結果。酶，如核酸酶和蛋白酶，將分解核酸和蛋白質(zhì)靶標，顛覆微陣列、DNA 測序和高通量篩選 (HTS) 實(shí)驗的結果。

帶電無(wú)機離子，如鎂、鈣和鈉，在化學(xué)反應中充當催化劑，影響免疫測定，如 ELISA。膠體、沉淀物和懸浮有機物會(huì )損壞分析儀器，例如高效液相色譜 (HPLC) 泵和注射器、氣相色譜 (GC) 系統和質(zhì)譜儀。

溶解的氣體，如二氧化碳、氮氣、氧氣和氨氣，通過(guò)在電離過(guò)程中形成酸和堿來(lái)改變水的 pH 值。氣體通常在水中形成氣泡，使液體粒子計數或分光光度測量的結果出現偏差。

給水中發(fā)現的常見(jiàn)有機物，包括清潔劑、油和溶劑，會(huì )通過(guò)增加背景噪音和促進(jìn)微生物生長(cháng)來(lái)干擾實(shí)驗。

凈水系統如何去除實(shí)驗室水中的污染物？

實(shí)驗室中的水純度系統利用多種不同的技術(shù)去除給水中的污染物；每種技術(shù)都有不同的優(yōu)點(diǎn)和局限性。對于需要超純水的關(guān)鍵應用，實(shí)驗室可以開(kāi)發(fā)結合多種過(guò)濾或吸附技術(shù)的多級凈化系統。

實(shí)驗室水凈化方法

蒸餾是最簡(jiǎn)單的水凈化形式，它涉及在連接到冷卻盤(pán)管的燒瓶中煮沸水。冷卻盤(pán)管將水蒸氣冷凝回液體形式，水被洗脫到單獨的燒杯或儲罐中。蒸餾可去除多種污染物，但該過(guò)程既費時(shí)又費力。此外，沸點(diǎn)超過(guò) 100°C 的某些污染物（例如有機物）將與水一起沸騰并冷凝到最終洗脫液中。

離子交換是一種重量分析過(guò)程，水從充滿(mǎn)離子交換珠基樹(shù)脂的垂直柱中滲出。圓形、半多孔珠與進(jìn)水交換離子，例如氫離子交換陽(yáng)離子，例如鈉離子。這種低成本、低容量的凈化方法可有效去除給水中的無(wú)機帶電離子，但不能去除有機物或微生物。離子交換通常用作進(jìn)一步水過(guò)濾之前的預處理步驟。

活性炭是一種過(guò)濾工藝，旨在從給水中去除有機分子。當水通過(guò)碳過(guò)濾器時(shí)，有機分子通過(guò)范德華力與孔壁結合。木炭過(guò)濾器的使用壽命比其他過(guò)濾介質(zhì)長(cháng)，但碳過(guò)濾器不能去除水中的無(wú)機離子、微粒或膠體。

超濾是一種涉及水通過(guò)半透膜的凈化技術(shù)。懸浮和高分子量固體被膜過(guò)濾器截留，而低分子量溶質(zhì)通過(guò)膜進(jìn)入滲透液。超濾可有效去除進(jìn)水中的大部分微生物和顆粒，但有機分子和無(wú)機離子不會(huì )被濾除。

反滲透是一種凈化技術(shù)，它利用施加的力來(lái)克服由溶劑中的化學(xué)勢差引起的滲透壓。在反滲透 (RO) 過(guò)程中，溶劑通過(guò)半透膜，而溶質(zhì)則保留在受壓側。盡管反滲透可以去除所有類(lèi)型的污染物，但流速仍然很低；導致大多數實(shí)驗室在夜間運行 RO 系統，以確保每個(gè)工作日都有足夠的水。

紫外線(xiàn) (UV) 殺菌輻射采用短波紫外線(xiàn)來(lái)滅活微生物。除了破壞多種微生物外，UV 光（發(fā)射波長(cháng)為 254 nm）還會(huì )氧化有機化合物以產(chǎn)生 TOC 水平低于 5 ppb（十億分之幾）的水。然而，紫外線(xiàn)不能去除水中的膠體、顆粒或無(wú)機離子。

實(shí)驗室凈水用途和應用

實(shí)驗室純水機通常用于許多應用領(lǐng)域，包括環(huán)境科學(xué)、藥物研發(fā)、臨床診斷、醫學(xué)微生物學(xué)、生命科學(xué)和學(xué)術(shù)研究。

A - 生產(chǎn)的水等級

A1 - ASTM 1 類(lèi)水

ASTM 1 類(lèi)水是最純凈的水等級，通常保留用于關(guān)鍵應用，例如 HPLC、GC 和 ICP-MS，或分析技術(shù)，例如實(shí)時(shí) PCR、DNA 測序和基因篩選。由于 1 類(lèi)水的生產(chǎn)成本高于低等級水，因此將 1 類(lèi)水用于非關(guān)鍵應用的成本過(guò)高。

A2 - ASTM 2 類(lèi)水

ASTM 2 型水系統用于制造 pH 中性緩沖液、細胞和組織培養基以及常見(jiàn)的散裝試劑。2 型水通常用作生產(chǎn) 1 型水的凈化系統的預處理進(jìn)料。

A3 - ASTM 3 類(lèi)水

ASTM 3 類(lèi)水專(zhuān)門(mén)用于非關(guān)鍵實(shí)驗室工作，如玻璃器皿沖洗和試劑浴、高壓滅菌器、測試室、水套培養箱、植物生長(cháng)室和消毒系統的進(jìn)水。3 類(lèi)水可用作生產(chǎn) 1 類(lèi)或 2 類(lèi)水的凈化系統的給水。

A4 - 去離子水系統

離子交換是一種重量分析過(guò)程，水從充滿(mǎn)離子交換珠基樹(shù)脂的垂直柱中滲出。圓形、半多孔珠與進(jìn)水交換離子，例如氫離子交換陽(yáng)離子，例如鈉離子。這種低成本、低容量的凈化方法可有效去除給水中的無(wú)機帶電離子，但不能去除有機物或微生物。離子交換通常用作進(jìn)一步水過(guò)濾之前的預處理步驟。

A5 - 反滲透水系統

反滲透是一種凈化技術(shù)，它利用施加的力來(lái)克服由溶劑中的化學(xué)勢差引起的滲透壓。在反滲透 (RO) 過(guò)程中，溶劑通過(guò)半透膜，而溶質(zhì)則保留在受壓側。盡管反滲透可以去除所有類(lèi)型的污染物，但流速仍然很低；導致大多數實(shí)驗室在夜間運行 RO 系統，以確保每個(gè)工作日都有足夠的水。

B - 凈水系統配置

B1 - 臺式凈水系統

臺式超純水機，專(zhuān)為使用點(diǎn)應用和夜間大宗水生產(chǎn)而設計。盡管臺式系統比壁掛式系統占用更多的工作空間，但與壁掛式系統相比，它們包括更大的水箱和更多可用的附件（如紫外線(xiàn)燈和超濾器）。

B2 - 壁掛式凈水系統

壁掛式凈化系統，包括一個(gè)安裝支架和多達 3 個(gè)可選的遠程分配器。盡管壁掛式系統包括比臺式裝置更小的水箱，但它們?yōu)槠渌P(guān)鍵設備騰出了寶貴的工作空間。

C - 水凈化系統控制器

C1 - 模擬水凈化系統

經(jīng)濟型水凈化系統，包括模擬控制器，帶有自動(dòng)運行的進(jìn)水電磁閥。數字控制器包括附加功能，例如水庫液位指示器、用戶(hù)可編程方法、過(guò)濾器更換警報、數據導出和符合 GLP 的文檔。

C2 - 數字凈水系統

水凈化系統，包括帶有集成給水監控、符合 GLP 的文檔、數據導出例程、操作模式狀態(tài)指示器、用戶(hù)可編程協(xié)議、水庫液位指示器和濾芯更換警報的數字控制器。

D - 凈水系統電壓

120 伏連接適用于美國的標準實(shí)驗室電源插座。與設計為在 120 伏下運行的設備相比，歐洲大陸常見(jiàn)的 240 伏連接需要更少的電流（安培數）和更小的導體。

E - 產(chǎn)水率

結合所產(chǎn)水的等級，流量是每個(gè)純水機最關(guān)鍵的屬性。要計算總系統容量，流量（以升/小時(shí)或加侖/小時(shí)列出）必須與水箱容量（以升或加侖列出）配對。

較小的研究實(shí)驗室使用體積較小的使用點(diǎn)系統。

高通量實(shí)驗室需要每小時(shí)超過(guò) 90 升的大容量系統，其儲水箱最多可容納 200 升純凈水。高通量實(shí)驗室通常在夜間運行他們的純水機，以確保在每個(gè)工作日開(kāi)始時(shí)水庫被填滿(mǎn)，防止與實(shí)驗室級水短缺相關(guān)的停機時(shí)間。

F - 特殊功能

F1 - 低總有機碳 (TOC)

TOC是純凈水中有機化合物中碳總量的量度。盡管總有機碳和有機化合物的總濃度之間不存在直接相關(guān)性，但 TOC 被用作估計純水中有機污染水平的一般指標。

給水中發(fā)現的常見(jiàn)有機物，包括清潔劑、油和溶劑，會(huì )通過(guò)增加背景噪音和促進(jìn)微生物生長(cháng)來(lái)干擾實(shí)驗。河水中的 TOC 水平通常保持在 7 ppm（百萬(wàn)分之幾）左右，而海水（700 ppb（十億分之一））和飲用水（100 ppb）中的 TOC 水平要低得多。超純的實(shí)驗室級水必須含有少于 10 ppb 的總有機碳才能滿(mǎn)足 ASTM 標準。

F2 - 低內毒素

內毒素是一類(lèi)存在于大多數革蘭氏陰性菌外膜中的脂多糖 (LPS)。純化水中存在的內毒素會(huì )影響缺乏內毒素受體的細胞系的生長(cháng)和克隆功能。除了對細胞培養研究產(chǎn)生負面影響外，內毒素還可以作為純化水中微生物水平的一般指標。超濾和紫外線(xiàn) (UV) 照射是降低給水中內毒素水平的有效方法。

F3 - 紫外線(xiàn)燈

紫外線(xiàn) (UV) 殺菌輻射采用短波紫外線(xiàn)來(lái)滅活微生物。除了破壞多種微生物外，UV 光（發(fā)射波長(cháng)為 254 nm）還會(huì )氧化有機化合物以產(chǎn)生 TOC 水平低于 5 ppb（十億分之幾）的水。然而，紫外線(xiàn)不能去除水中的膠體、顆粒或無(wú)機離子。

F4 - 遠程水箱

對于高通量實(shí)驗室，帶有遠程水箱的水凈化系統提供了在夜間運行水凈化系統的選項，以確保水庫在每個(gè)工作日開(kāi)始時(shí)就充滿(mǎn)了容量，從而防止與實(shí)驗室級水短缺相關(guān)的停機時(shí)間。