国产精油制作联盟

实验室用水的十大经典问题!

实验与分析2018-06-20 22:56:47

相信实验室大部分实验都离不开水,所以对实验室用水肯定会有各种问题存在,小析姐就整理了提问率最高的十大问题?相信总有那么一个是你现在或曾经也想问的。

一、为什么超纯水的电阻率为 18.2 MΩ•cm? 

电导率的计算公式如下:X 是电导率, F 是法拉第常数, Ci是某种离子浓度,Zi 是离子的电荷数 ,Ui指离子迁移率。X = FΣ CiZiUi


理论上,完全不含离子的超纯水在25℃时电导率为0.055μS/cm。电阻率是电导率的倒数。 那么R=1/X,1/0.055=18.1818,约为18.2 MΩ•cm


在25℃时,NaCl浓度与电导率/电阻率值的关系:

二、评价水质的常用指标

1、电阻率(electrical resistivity)

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(Total Organic Carbon ,TOC)

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(Endotoxin)

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。

 

中国药典医药用水标准

三、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:

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,但不同厂家反渗水质量差别很大。

 

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。


我们从新颁布实施的乳制品食品安全国家标准可以看出:随着精密分析仪器的运用和检验检测技术的提高,实验用水已成为影响检验检测灵敏度、准确度和可靠性的重要因素。

因此,为避免实验用水参差不齐对检验带来的不良后果,新食品安全国家标准舍弃了“蒸馏水”、“去离子水”和“去离子蒸馏水”等经常出现在旧国标中模糊的实验用水要求,果断启用对水质有具体指标和参数要求的新规定,主要是引用《GB/T6682-2008 分析实验室用水规格和试验方法》对各级水的规定。


按照GB6682-2008的标准,纯水水质分为哪几类?

根据国家标准GB/T 6682—2008规定实验室用水分为三个等级:一级水、二级水和三级水。

一级水可用二级水经过石英设备蒸馏或超纯水制备装置制取后,再经0.2µm微孔滤膜过滤。

二级水可用多次蒸馏或超纯水制备装置制取。

三级水可用蒸馏或离子交换等方法制取。

四、不同级别纯水的应用领域


以色谱方法实验用水为例,乳制品食品安全国家标准中涉及HPLC或GC的方法都要求使用GB/T6682规定的一级水,由于离子水、蒸馏水及瓶装水(如哇哈哈、乐百氏等)不符合GB/T6682规定一级水的指标要求,根据国标这类水不能用于乳制品相关检验项目的实验!

五、为什么纯水的储存和分配会影响其水质

纯水/超纯水随着时间的延长而水质下降。导致水质劣化的原因来自以下几个方面:


储存器:由于纯水中溶解的离子浓度很低甚至没有,这样子纯水极易从外界环境中吸收离子污染物。 低级塑料和玻璃制造的储水器会溶出离子和有机物,增加水的电导率,劣化水质。因而推荐使用低溶出的高级聚乙烯储水器。


通气口:多数的储水器都有一个排气口用于取水期间空气的流通。通气口吸入外界空气的同时带入实验室空气中的CO2,细菌,颗粒和挥发性有机物。 这些都将污染储存在水箱中的纯水。因而通气口应配置空气过滤器以阻止有机物,细菌和CO2进入水箱。


设计: 在清洗过程中,无法将平底水箱的水排干。这些未能排干的水是细菌生长的一个根源。因此我们推荐使用锥形底的水箱以排干所有的水。水箱应采用吹塑成型的方式制作以防止凹凸不平的表面为细菌提供生长繁殖的场所。


分配: 好的分配泵应该在连续工作10个小时的情况下也不会造成温度的升高,温度的升高利于细菌的生长。


消毒: 哪怕是极微级的微生物的滋生,也能形成菌膜,劣化水质。所以安装一个能抑制细菌生长的消毒模块(UV灯)是很重要的。

水箱所使用的PE材料会不会溶出有机物,

六、为什么我们不能离线方式检测超纯水的电阻率?

电导率的计算公式如下:X 是电导率, F 是法拉第常数, Ci 是某种离子浓度, Zi 是离子的电荷数 ,Ui 指离子的迁移能力。

X = FΣ Ci Zi Ui

理论上,完全不含离子的超纯水在 25℃ 时电导率为 0.055 μS/cm 。 电阻率是电导率的倒数,为 18.2 MΩ•cm。


当超纯水暴露在外界环境中时,会被外界环境污染。实验室里含有大量空气,空气溶于水变成离子存在于超纯水中。 另外,测量电导率所用到的仪器(烧杯,电阻率仪/探针)也会带入离子污染物。正如电导率的计算公式中所示,任何离子的增加都会影响电导率值,因为电导率与离子的种类和其所带电荷成正比。所以不能在离线情况下精确测量超纯水的电阻率/电导率,必须用在线的方式进行检测。

七、EDI 是如何去除有机物的?

EDI 只能去除带电有机分子。

由于电极间存在电压,微电离的有机分子(如乙酸/草酸/腐殖酸) 向阳极移动。


例如:CH3COOH--- CH3COO- + H+

CH3COO-带负电荷,向阳极移动。阴、阳离子通透膜使阴、阳离子聚集在浓缩通道。 流经EDI的电极通道和浓缩通道的水都为弃水。

八、细菌对HPLC相关应用有什么影响?

用含有细菌的水制备HPLC系统的流动相,会产生很多问题:


被色谱介质截留下来的细菌会增殖,造成阻塞细菌会附着在色谱微球表面,覆盖住活性位点,会造成洗脱时间发生变动。截流下来的细菌代谢产生的有毒副产品会在分析过程中产生假峰,带来错误的分析结果

九、重金属对细胞培养有什么影响

很多实验已经证明了重金属和聚合芳烃(PAH)的细胞毒素影响存在于空气,水和土壤中的环境化学污染物在很多方面影响着人类。汽车废气的燃烧所才产生的PAHs,和香烟影响内分泌系统。很多重金属会导致肾衰竭,而汞能移动到大脑导致神经衰弱。


在测试的 12 种重金属(Al,Ge,Ca,Cu,Pb,Mg,Mn,镍,锡,Zn,硒酸盐和亚硒酸盐)中有四种(Ca,Cu, 镍和Zn)显示了细胞毒性。即使只有 1.5M 的重金属(Cd, Cu, Ni 和Zn),也能发现有细胞死亡。


因此,推荐使用无离子污染和无有机污染的水来做细胞培养

十、使水中的TOC含量上升?

有许多材料被用来制造水箱。对不同级别的高密度聚乙烯,聚丙烯进行试验,测试这些材料的溶出。


将5mg不同的原材料放置在100mL的水中(电阻率18.2MΩ.cm, TOC< 10ppb), 24小时后测试其溶出,发现对于离子的溶出,几种比较的材料没有太大的区别。但是3天后再测量一次,发现聚丙烯溶出的Cl-,NO3-,SO32-,和Mg2+比聚乙烯中的要高。


在有机物(以TOC ppb计)方面, 3天以来聚乙烯溶出的TOC含量在减少。这表明只要仔细清洗,就可能使PE水箱的有机物溶出达到最少。


与其他材料,如FEP (氟化乙丙烯),PA ( 聚酰胺 ) , PU (聚亚安酯) 相比,PE材料的离子和有机物溶出最少。

在日常实验中,你有什么对实验室用水的问题呢?给小析姐留言,我们一起探讨一起进步吧!



延伸阅读:

新版纯水标准GB/T 33087-2016《仪器分析用高纯水规格及试验方法》的解读

实验室用水有哪些要求?

实验用水知识大全

实验室用水也要讲究“高大上”?

干货:实验室用水知识大全

超纯水有多重要?


(内容来源:由小析姐整理编辑)



——  END ——


关注【实验与分析】,每天获取分析检测和科研领域专业知识,提升实验室技术和管理水平。