實驗室凈水系統(tǒng)差異、類型、用途比較

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

常見的實驗室自來水污染物

自來水中常見的污染物包括酶（核酸酶和蛋白酶）、氣體、有機物、微生物（細菌、病毒）、膠體和無機離子。水純度系統(tǒng)旨在過濾某些應用中特有的特定類別的污染物；系統(tǒng)之間的其他主要區(qū)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。

什么是實驗室級水？

由于實驗室級水用于廣泛的過程，因此去除污染源的給水對于確保準確的結果至關重要。

實驗室水中最常見的污染物是什么？

常見的水性污染物的主要類別是微生物、酶、無機帶電離子、膠體、氣體和有機物。

水污染源 - 細胞培養(yǎng)、PCR 反應和實驗室研究

細菌和病毒等微生物會影響細胞培養(yǎng)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靶標，顛覆微陣列、DNA 測序和高通量篩選 (HTS) 實驗的結果。

帶電無機離子，如鎂、鈣和鈉，在化學反應中充當催化劑，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(tǒng)和質譜儀。

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

給水中發(fā)現(xiàn)的常見有機物，包括清潔劑、油和溶劑，會通過增加背景噪音和促進微生物生長來干擾實驗。

凈水系統(tǒng)如何去除實驗室水中的污染物？

實驗室中的水純度系統(tǒng)利用多種不同的技術去除給水中的污染物；每種技術都有不同的優(yōu)點和局限性。對于需要超純水的關鍵應用，實驗室可以開發(fā)結合多種過濾或吸附技術的多級凈化系統(tǒng)。

實驗室水凈化方法

蒸餾是最簡單的水凈化形式，它涉及在連接到冷卻盤管的燒瓶中煮沸水。冷卻盤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，但該過程既費時又費力。此外，沸點超過 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程，水從充滿離子交換珠基樹脂的垂直柱中滲出。圓形、半多孔珠與進水交換離子，例如氫離子交換陽離子，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一步水過濾之前的預處理步驟。

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

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

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

紫外線 (UV) 殺菌輻射采用短波紫外線來滅活微生物。除了破壞多種微生物外，UV 光（發(fā)射波長為 254 nm）還會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，紫外線不能去除水中的膠體、顆?；驘o機離子。

實驗室凈水用途和應用

實驗室純水機通常用于許多應用領域，包括環(huán)境科學、藥物研發(fā)、臨床診斷、醫(yī)學微生物學、生命科學和學術研究。

A - 生產(chǎn)的水等級

A1 - ASTM 1 類水

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

A2 - ASTM 2 類水

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

A3 - ASTM 3 類水

ASTM 3 類水專門用于非關鍵實驗室工作，如玻璃器皿沖洗和試劑浴、高壓滅菌器、測試室、水套培養(yǎng)箱、植物生長室和消毒系統(tǒng)的進水。3 類水可用作生產(chǎn) 1 類或 2 類水的凈化系統(tǒng)的給水。

A4 - 去離子水系統(tǒng)

離子交換是一種重量分析過程，水從充滿離子交換珠基樹脂的垂直柱中滲出。圓形、半多孔珠與進水交換離子，例如氫離子交換陽離子，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一步水過濾之前的預處理步驟。

A5 - 反滲透水系統(tǒng)

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

B - 凈水系統(tǒng)配置

B1 - 臺式凈水系統(tǒng)

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

B2 - 壁掛式凈水系統(tǒng)

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

C - 水凈化系統(tǒng)控制器

C1 - 模擬水凈化系統(tǒng)

經(jīng)濟型水凈化系統(tǒng)，包括模擬控制器，帶有自動運行的進水電磁閥。數(shù)字控制器包括附加功能，例如水庫液位指示器、用戶可編程方法、過濾器更換警報、數(shù)據(jù)導出和符合 GLP 的文檔。

C2 - 數(shù)字凈水系統(tǒng)

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

D - 凈水系統(tǒng)電壓

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

E - 產(chǎn)水率

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

較小的研究實驗室使用體積較小的使用點系統(tǒng)。

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

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(xiàn)的常見有機物，包括清潔劑、油和溶劑，會通過增加背景噪音和促進微生物生長來干擾實驗。河水中的 TOC 水平通常保持在 7 ppm（百萬分之幾）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。超純的實驗室級水必須含有少于 10 ppb 的總有機碳才能滿足 ASTM 標準。

F2 - 低內(nèi)毒素

內(nèi)毒素是一類存在于大多數(shù)革蘭氏陰性菌外膜中的脂多糖 (LPS)。純化水中存在的內(nèi)毒素會影響缺乏內(nèi)毒素受體的細胞系的生長和克隆功能。除了對細胞培養(yǎng)研究產(chǎn)生負面影響外，內(nèi)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 (UV) 照射是降低給水中內(nèi)毒素水平的有效方法。

F3 - 紫外線燈

紫外線 (UV) 殺菌輻射采用短波紫外線來滅活微生物。除了破壞多種微生物外，UV 光（發(fā)射波長為 254 nm）還會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，紫外線不能去除水中的膠體、顆?；驘o機離子。

F4 - 遠程水箱

對于高通量實驗室，帶有遠程水箱的水凈化系統(tǒng)提供了在夜間運行水凈化系統(tǒng)的選項，以確保水庫在每個工作日開始時就充滿了容量，從而防止與實驗室級水短缺相關的停機時間。