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实验室里的“水”，你了解多少？
Tue May 07 00:00:00 CST 2024昀冠科学商城新闻编辑
水，千变万化
实验室的“水”，更是充满变化
关于它的知识，您都了解吗？
一起来看！
1.水的基本知识
1个水分子（H2O）是由1个氧原子和2个氢原子弯曲键结而成。由于正、负电荷的中心不一致，因此属于极性分子。当2个水分子同时存在时，二者会由静电交互作用与氢键结合，互相吸引并保持一定的距离。而1个水分子可以同时与4个水分子结合，形成晶体般的整齐结构。
水分子聚合体中，由于氢键键结的网状结构会部分断裂，而形成逐次移动变化的状态，因此水在整体上呈现液态，而此结构变化每秒可达1012次。
一般而言，水若含有适量的钠、钾离子及硅酸盐等矿物质，就会觉得好喝，若含有大量残留的盐类，如镁、钙等非酸碱中性盐类，就会觉得难喝。也就是说，所谓的水除了H2O外，还含有许多其它的成分，而这些成分的种类和含量决定了水的味道。
水极易溶解盐类，即使阴阳离子经由静电的交互作用，很强的结合在一起，在水中也很容易电解。这是因为，水分子可以和离子结合产生“水合离子”。离子的半径很小，电荷大的离子会与水分子强力的交互作用，由水分子在离子的周围紧密排列。这时候，阳离子会与带负极矩的氧原子相互作用，而阴离子则形成相反的结构。
2.水中存在的杂质
可溶性无机物：无机盐类、溶解气体、重金属、硬度成分（钙、镁等）；
可溶性有机物：木质素、单宁、腐植酸、内毒素、RNA分解酶、农药、三氯甲烷、环境荷尔蒙物质、界面活性剂、有机溶剂；
微粒子：铁锈、胶体、悬浮物、固体颗粒；
微生物：细菌类、藻类。
3.实验用水所要求的纯度
所谓实验，是指对现象所推测的假设加以验证的动作。假设能否被证明为真理，与假设能否具有再现性的结果至关重要。实验的再现性除了要有良好的技巧，还受到所用化学试剂的纯度和分析仪器的精密度的影响。实验中用来配置溶液的化学试剂，及所使用的水的纯度也非常重要。假设水中污染物对实验检测会造成影响，就必须去除这些物质。此外，为了取得良好的再现性结果，使用能保持稳定水质的纯水是必要的。
随着实验用的分析系统灵敏度的提高，对水的纯度有了更高的要求。
1ppm=1mg/L
1ppb=1μg/L
1ppt=1ng/L=1μg/ml
在水中，将距离25px的两片表面积为25px2大小的电极加以通电，来监测两极间的导电率，通过所加电压和测得的电流能够获知两极间的电阻值，这个数值在水质分析中通常被称为电阻率或比电阻，其单位用MΩNaN（megaohm-centimeter）来表示。
电阻率的倒数称为导电率或电导率，用μs/cm（micro Siemens per centimeter）来表示。
这两个参数是表示水的纯度的最常用参数。
将自来水中的离子去除，会使得电阻率值升高（导电率降低），单并非无限制的增加，这是因为部分水分子会电离为氢离子和氢氧根离子，其电阻率值极限值18.248MΩNaN（25℃）。此外，电阻率值会随着水的电离常数而改变，因而会受到水温的影响。例如，25℃的超纯水，其电阻值为18.2MΩNaN,但在0℃则为84.2MΩNaN，100℃则为1.3MΩNaN。在25℃附近，当温度上升1 ℃，其电阻值将下降0.84MΩNaN。因此，多使用补偿至25℃的电阻率值来做衡量标准。
此外像总有机碳含量（TOC），热源内毒素含量，细菌含量，颗粒含量，微生物含量，总溶解固体含量（TDS）等也常常被用作补充说明水质的重要参数。因此，水的纯度标准通常由以上这些参数的一项或几项来综合说明、分级。
4.纯水的分级标准
实验室纯水可分为4个常规等级：
纯水、去离子水、实验室Ⅱ级纯水和超纯水。
纯水：纯化水平最低，通常电导率在1-50μs/cm之间。它可经由单一弱碱性阴离子交换树脂、反渗透或单次蒸馏制成。典型的应用包括玻璃器皿的清洗、高压灭菌器、恒温恒湿实验箱和清洗机用水。
去离子水：电导率通常在1.0-0.1μs/cm之间。通过采用含强阴离子交换树脂的混床离子交换制成，但它有相对较高的有机物和细菌污染水平，能满足多种需求，如清洗、制备分析标准样、制备试剂和稀释样品等。
实验室Ⅱ级纯水：电导率<1.0μs/cm，总有机碳（TOC）含量小于50ppb以及细菌含量低于1CFU/ml。其水质可适用于多种需求，从试剂制备和溶液稀释，到为细胞培养配备营养液和微生物研究。这种纯水可双蒸而成，或整合RO和离子交换/EDI多种技术制成，也可以再结合吸附介质和UV灯。
超纯水：这种级别的纯水在电阻率、有机物含量、颗粒和细菌含量方面接近理论上的纯度极限，通过离子交换、RO膜或蒸馏手段预纯化，再经过核子级离子交换精纯化得到超纯水。通常超纯水的电阻率可达18.2MΩ-cm，TOC<10ppb，滤除0.1μm甚至更小的颗粒，细菌含量低于1CFU/ml。超纯水适合多种精密分析实验的需求，如高效液相色谱（HPLC），离子色谱（IC）和离子捕获-质谱（ICP-MS）。少热源超纯水适用于像真核细胞培养等生物应用，超滤技术通常用于去除大分子生物活性物质，如热源（结果为<0.005IU/ml）以及无法检测到的核酸酶和蛋白酶。
目前世界上比较通用的纯水标准主要有以下几个：国际标准化组织（ISO），美国临床病理学会（CAP）试药级用水标准，美国测试和材料实验社团组织（ASTM），临床试验标准国际委员会（NCCLS），美国药学会（USP）等。
同时，我国也有相应的纯水标准：中国国家电子级超纯水规格GB/T11446-1997和中国国家实验室用水规格GB6682-92等。因此市面上绝大多数的纯水系统，无论是进口的还是国产的，都是依据这些标准来设计流程的。
中国国家电子级超纯水规格：GB/T11446.1-1997
5.纯水的应用
目前纯水主要应用在两大领域：
一、生命科学应用领域
二、分析和常规应用领域
生命科学应用方面，主要有：细菌细胞培养，临床生物化学，电泳，电生理学，酶联免疫吸附分析，内毒素分析，组织学，水栽培，细胞免疫化学，哺乳动物细胞培养，介质制备，微生物分析，分子生物学，单克隆抗体研究，植物组织培养，放射性免疫分析等等。
分析和常规应用方面，主要有：蒸馏水器供水，蒸汽发生器，玻璃器皿清洗，样本稀释和试剂制备，超纯水系统供水，固相萃取，普通化学，电化学，分光光度计，TOC分析，水质分析，离子色谱，火焰法原子吸收（Flame-AAS），石墨炉原子吸收（GF-AAS），高效液相色谱（HPLC），液质联用（HPLC-MS），电耦合等离子光谱仪（ICP-AES），等离子质谱（ICP-MS），痕量金属检测，气质联用（GC-MS）等等。
6.超纯水保持最佳水质的方法
超纯水取水后很容易遭到环境污染，所以使用前取水（即取即用）方式时最合适的。只有把超纯水与环境接触的时间缩到极短，才能够获得纯度极高的超纯水。
在配置高纯度的化学试剂时，尽量不要使用长时间储桶中存放的超纯水，因为储桶经长时间使用后，会因杂质、微生物的污染而造成水质的劣化，像这种水，在使用时已经不再是超纯水。
纯水储桶最好安装空气过滤器，防止环境因素造成的污染。
储水桶请勿放置在日光直射处，水温上升，容易造成微生物繁殖。特别是半透明储水桶，也会因为日光通透而造成藻类繁殖。
超纯水取水时一定要将初期的出水放掉，以获得稳定的水质。
取水时让超纯水顺着容器侧壁流入，尽量不要让气泡产生，可降低空气污染。
请不要在终端滤器后再连接软管，使用直接取水的方式才能获得纯度高的超纯水。
长时间不用纯水时，应将压力储水桶中的RO水全部放掉以防止污染。
超纯水机若长时间不使用，再次使用时应把初期纯水充分放掉以确保水质。
原则上，纯水机应至少每7—10天通水一次，以防止微生物污染。
超纯水使用要点：
(1).即取即用
(2).排掉前端初期水
(3).取水时避免产生气泡
7.实验室常见的水的种类
(1)、蒸馏水
实验室最常用的一种纯水，虽设备便宜，但极其耗能和费水且速度慢，应用会逐渐减少。蒸馏水能去除自来水内大部分的污染物，但挥发性的杂质无法去除，如二氧化碳、氨、二氧化硅以及一些有机物。新鲜的蒸馏水是无菌的，但储存后细菌易繁殖;此外，储存的容器也很讲究，若是非惰性的物质，离子和容器的塑形物质会析出造成二次污染。
(2)、去离子水
应用离子交换树脂去除水中的阴离子和阳离子，但水中仍然存在可溶性的有机物，可以污染离子交换柱从而降低其功效，去离子水存放后也容易引起细菌的繁殖。
(3)、反渗水
其生成的原理是水分子在压力的作用下，通过反渗透膜成为纯水，水中的杂质被反渗透膜截留排出。反渗水克服了蒸馏水和去离子水的许多缺点，利用反渗透技术可以有效的去除水中的溶解盐、胶体，细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质，但不同厂家生产的反渗透膜对反渗水的质量影响很大。
(4)、超纯水
其标准是水电阻率为18.2MΩ-cm。但超纯水在TOC、细菌、内毒素等指标方面并不相同，要根据实验的要求来确定，如细胞培养则对细菌和内毒素有要求，而HPLC则要求TOC低。
8.评价水质的常用指标
(1)、电阻率：
衡量实验室用水导电性能的指标，单位为MΩ-cm，随着水内无机离子的减少电阻加大则数值逐渐变大，实验室超纯水的标准:电阻率为18.2MΩ-cm。
(2)、总有机碳：
水中碳的的浓度，反映水中氧化的有机化合物的含量，单位为ppm或ppb。
(3)、内毒素：
革兰氏阴性细菌的脂多糖细胞壁碎片，又称之为“热原”，单位cuf/ml。
沪公网安备31011502401370
