實(shí)驗(yàn)室凈水系統(tǒng)差異、類型、用途比較
實(shí)驗(yàn)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(lái)水或預(yù)處理水）中去除各種污染物，以生產(chǎn)適合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各種應(yīng)用的純水。
常見的實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水污染物
自來(lái)水中常見的污染物包括酶（核酸酶和蛋白酶）、氣體、有機(jī)物、微生物（細(xì)菌、病毒）、膠體和無(wú)機(jī)離子。水純度系統(tǒng)旨在過(guò)濾某些應(yīng)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(jí)、可擴(kuò)展性、維護(hù)水平和遠(yuǎn)程分配。
什么是實(shí)驗(yàn)室級(jí)水？
由于實(shí)驗(yàn)室級(jí)水用于廣泛的過(guò)程，因此去除污染源的給水對(duì)于確保準(zhǔn)確的結(jié)果至關(guān)重要。
實(shí)驗(yàn)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(wú)機(jī)帶電離子、膠體、氣體和有機(jī)物。
水污染源 - 細(xì)胞培養(yǎng)、PCR 反應(yīng)和實(shí)驗(yàn)室研究
細(xì)菌和病毒等微生物會(huì)影響細(xì)胞培養(yǎng)研究、PCR 反應(yīng)和環(huán)境研究的結(jié)果。酶，如核酸酶和蛋白酶，將分解核酸和蛋白質(zhì)靶標(biāo)，顛覆微陣列、DNA 測(cè)序和高通量篩選 (HTS) 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
帶電無(wú)機(jī)離子，如鎂、鈣和鈉，在化學(xué)反應(yīng)中充當(dāng)催化劑，影響免疫測(cè)定，如 ELISA。膠體、沉淀物和懸浮有機(jī)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(tǒng)和質(zhì)譜儀。
溶解的氣體，如二氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕夂?a title="氨" href="/index.php?s=tag&name=an" target="_blank">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(jì)數(shù)或分光光度測(cè)量的結(jié)果出現(xiàn)偏差。
給水中發(fā)現(xiàn)的常見有機(jī)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(zhǎng)來(lái)干擾實(shí)驗(yàn)。
凈水系統(tǒng)如何去除實(shí)驗(yàn)室水中的污染物？
實(shí)驗(yàn)室中的水純度系統(tǒng)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(duì)于需要超純水的關(guān)鍵應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室可以開發(fā)結(jié)合多種過(guò)濾或吸附技術(shù)的多級(jí)凈化系統(tǒng)。
實(shí)驗(yàn)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(dú)的燒杯或儲(chǔ)罐中。蒸餾可去除多種污染物，但該過(guò)程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。此外，沸點(diǎn)超過(guò) 100°C 的某些污染物（例如有機(jī)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，水從充滿離子交換珠基樹脂的垂直柱中滲出。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(jī)帶電離子，但不能去除有機(jī)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(yù)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(jī)分子。當(dāng)水通過(guò)碳過(guò)濾器時(shí)，有機(jī)分子通過(guò)范德華力與孔壁結(jié)合。木炭過(guò)濾器的使用壽命比其他過(guò)濾介質(zhì)長(zhǎng)，但碳過(guò)濾器不能去除水中的無(wú)機(jī)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(jī)分子和無(wú)機(jī)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(shì)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(cè)。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(dǎo)致大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室在夜間運(yùn)行 RO 系統(tǒng)，以確保每個(gè)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(lái)滅活微生物。除了破壞多種微生物外，UV 光（發(fā)射波長(zhǎng)為 254 nm）還會(huì)氧化有機(jī)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、顆粒或無(wú)機(jī)離子。
實(shí)驗(yàn)室凈水用途和應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)室純水機(jī)通常用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，包括環(huán)境科學(xué)、藥物研發(fā)、臨床診斷、醫(yī)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(jí)
A1 - ASTM 1 類水
ASTM 1 類水是最純凈的水等級(jí)，通常保留用于關(guān)鍵應(yīng)用，例如 HPLC、GC 和 ICP-MS，或分析技術(shù)，例如實(shí)時(shí) PCR、DNA 測(cè)序和基因篩選。由于 1 類水的生產(chǎn)成本高于低等級(jí)水，因此將 1 類水用于非關(guān)鍵應(yīng)用的成本過(guò)高。
A2 - ASTM 2 類水
ASTM 2 型水系統(tǒng)用于制造 pH 中性緩沖液、細(xì)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(yù)處理進(jìn)料。
A3 - ASTM 3 類水
ASTM 3 類水專門用于非關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)室工作，如玻璃器皿沖洗和試劑浴、高壓滅菌器、測(cè)試室、水套培養(yǎng)箱、植物生長(zhǎng)室和消毒系統(tǒng)的進(jìn)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(guò)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(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(jī)帶電離子，但不能去除有機(jī)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(yù)處理步驟。
A5 - 反滲透水系統(tǒng)
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(shì)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(cè)。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(dǎo)致大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室在夜間運(yùn)行 RO 系統(tǒng)，以確保每個(gè)工作日都有足夠的水。
B - 凈水系統(tǒng)配置
B1 - 臺(tái)式凈水系統(tǒng)
臺(tái)式超純水機(jī)，專為使用點(diǎn)應(yīng)用和夜間大宗水生產(chǎn)而設(shè)計(jì)。盡管臺(tái)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(gè)安裝支架和多達(dá) 3 個(gè)可選的遠(yuǎn)程分配器。盡管壁掛式系統(tǒng)包括比臺(tái)式裝置更小的水箱，但它們?yōu)槠渌P(guān)鍵設(shè)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(jì)型水凈化系統(tǒng)，包括模擬控制器，帶有自動(dòng)運(yùn)行的進(jìn)水電磁閥。數(shù)字控制器包括附加功能，例如水庫(kù)液位指示器、用戶可編程方法、過(guò)濾器更換警報(bào)、數(shù)據(jù)導(dǎo)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(dǎo)出例程、操作模式狀態(tài)指示器、用戶可編程協(xié)議、水庫(kù)液位指示器和濾芯更換警報(bào)的數(shù)字控制器。
D - 凈水系統(tǒng)電壓
120 伏連接適用于美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室電源插座。與設(shè)計(jì)為在 120 伏下運(yùn)行的設(shè)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(dǎo)體。
E - 產(chǎn)水率
結(jié)合所產(chǎn)水的等級(jí)，流量是每個(gè)純水機(jī)最關(guān)鍵的屬性。要計(jì)算總系統(tǒng)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(duì)。
較小的研究實(shí)驗(yàn)室使用體積較小的使用點(diǎn)系統(tǒng)。
高通量實(shí)驗(yàn)室需要每小時(shí)超過(guò) 90 升的大容量系統(tǒng)，其儲(chǔ)水箱最多可容納 200 升純凈水。高通量實(shí)驗(yàn)室通常在夜間運(yùn)行他們的純水機(jī)，以確保在每個(gè)工作日開始時(shí)水庫(kù)被填滿，防止與實(shí)驗(yàn)室級(jí)水短缺相關(guān)的停機(jī)時(shí)間。
F - 特殊功能
F1 - 低總有機(jī)碳 (TOC)
TOC是純凈水中有機(jī)化合物中碳總量的量度。盡管總有機(jī)碳和有機(jī)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(jì)純水中有機(jī)污染水平的一般指標(biāo)。
給水中發(fā)現(xiàn)的常見有機(jī)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(zhǎng)來(lái)干擾實(shí)驗(yàn)。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(yàn)室級(jí)水必須含有少于 10 ppb 的總有機(jī)碳才能滿足 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。
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(huì)影響缺乏內(nèi)毒素受體的細(xì)胞系的生長(zhǎng)和克隆功能。除了對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)研究產(chǎn)生負(fù)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(biāo)。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(lái)滅活微生物。除了破壞多種微生物外，UV 光（發(fā)射波長(zhǎng)為 254 nm）還會(huì)氧化有機(jī)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、顆粒或無(wú)機(jī)離子。
F4 - 遠(yuǎn)程水箱
對(duì)于高通量實(shí)驗(yàn)室，帶有遠(yuǎn)程水箱的水凈化系統(tǒng)提供了在夜間運(yùn)行水凈化系統(tǒng)的選項(xiàng)，以確保水庫(kù)在每個(gè)工作日開始時(shí)就充滿了容量，從而防止與實(shí)驗(yàn)室級(jí)水短缺相關(guān)的停機(jī)時(shí)間。
