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實驗室里的“水”，你了解多少？
2024-05-07昀冠科學商城新聞編輯
水，千變萬化
實驗室的“水”，更是充滿變化
關于它的知識，您都了解嗎？
一起來看！
1.水的基本知識
1個水分子（H2O）是由1個氧原子和2個氫原子彎曲鍵結而成。由于正、負電荷的中心不一致，因此屬于極性分子。當2個水分子同時存在時，二者會由靜電交互作用與氫鍵結合，互相吸引并保持一定的距離。而1個水分子可以同時與4個水分子結合，形成晶體般的整齊結構。
水分子聚合體中，由于氫鍵鍵結的網狀結構會部分斷裂，而形成逐次移動變化的狀態，因此水在整體上呈現液態，而此結構變化每秒可達1012次。
一般而言，水若含有適量的鈉、鉀離子及硅酸鹽等礦物質，就會覺得好喝，若含有大量殘留的鹽類，如鎂、鈣等非酸堿中性鹽類，就會覺得難喝。也就是說，所謂的水除了H2O外，還含有許多其它的成分，而這些成分的種類和含量決定了水的味道。
水極易溶解鹽類，即使陰陽離子經由靜電的交互作用，很強的結合在一起，在水中也很容易電解。這是因為，水分子可以和離子結合產生“水合離子”。離子的半徑很小，電荷大的離子會與水分子強力的交互作用，由水分子在離子的周圍緊密排列。這時候，陽離子會與帶負極矩的氧原子相互作用，而陰離子則形成相反的結構。
2.水中存在的雜質
可溶性無機物：無機鹽類、溶解氣體、重金屬、硬度成分（鈣、鎂等）；
可溶性有機物：木質素、單寧、腐植酸、內毒素、RNA分解酶、農藥、三氯甲烷、環境荷爾蒙物質、界面活性劑、有機溶劑；
微粒子：鐵銹、膠體、懸浮物、固體顆粒；
微生物：細菌類、藻類。
3.實驗用水所要求的純度
所謂實驗，是指對現象所推測的假設加以驗證的動作。假設能否被證明為真理，與假設能否具有再現性的結果至關重要。實驗的再現性除了要有良好的技巧，還受到所用化學試劑的純度和分析儀器的精密度的影響。實驗中用來配置溶液的化學試劑，及所使用的水的純度也非常重要。假設水中污染物對實驗檢測會造成影響，就必須去除這些物質。此外，為了取得良好的再現性結果，使用能保持穩定水質的純水是必要的。
隨著實驗用的分析系統靈敏度的提高，對水的純度有了更高的要求。
1ppm=1mg/L
1ppb=1μg/L
1ppt=1ng/L=1μg/ml
在水中，將距離25px的兩片表面積為25px2大小的電極加以通電，來監測兩極間的導電率，通過所加電壓和測得的電流能夠獲知兩極間的電阻值，這個數值在水質分析中通常被稱為電阻率或比電阻，其單位用MΩNaN（megaohm-centimeter）來表示。
電阻率的倒數稱為導電率或電導率，用μs/cm（micro Siemens per centimeter）來表示。
這兩個參數是表示水的純度的最常用參數。
將自來水中的離子去除，會使得電阻率值升高（導電率降低），單并非無限制的增加，這是因為部分水分子會電離為氫離子和氫氧根離子，其電阻率值極限值18.248MΩNaN（25℃）。此外，電阻率值會隨著水的電離常數而改變，因而會受到水溫的影響。例如，25℃的超純水，其電阻值為18.2MΩNaN,但在0℃則為84.2MΩNaN，100℃則為1.3MΩNaN。在25℃附近，當溫度上升1 ℃，其電阻值將下降0.84MΩNaN。因此，多使用補償至25℃的電阻率值來做衡量標準。
此外像總有機碳含量（TOC），熱源內毒素含量，細菌含量，顆粒含量，微生物含量，總溶解固體含量（TDS）等也常常被用作補充說明水質的重要參數。因此，水的純度標準通常由以上這些參數的一項或幾項來綜合說明、分級。
4.純水的分級標準
實驗室純水可分為4個常規等級：
純水、去離子水、實驗室Ⅱ級純水和超純水。
純水：純化水平最低，通常電導率在1-50μs/cm之間。它可經由單一弱堿性陰離子交換樹脂、反滲透或單次蒸餾制成。典型的應用包括玻璃器皿的清洗、高壓滅菌器、恒溫恒濕實驗箱和清洗機用水。
去離子水：電導率通常在1.0-0.1μs/cm之間。通過采用含強陰離子交換樹脂的混床離子交換制成，但它有相對較高的有機物和細菌污染水平，能滿足多種需求，如清洗、制備分析標準樣、制備試劑和稀釋樣品等。
實驗室Ⅱ級純水：電導率<1.0μs/cm，總有機碳（TOC）含量小于50ppb以及細菌含量低于1CFU/ml。其水質可適用于多種需求，從試劑制備和溶液稀釋，到為細胞培養配備營養液和微生物研究。這種純水可雙蒸而成，或整合RO和離子交換/EDI多種技術制成，也可以再結合吸附介質和UV燈。
超純水：這種級別的純水在電阻率、有機物含量、顆粒和細菌含量方面接近理論上的純度極限，通過離子交換、RO膜或蒸餾手段預純化，再經過核子級離子交換精純化得到超純水。通常超純水的電阻率可達18.2MΩ-cm，TOC<10ppb，濾除0.1μm甚至更小的顆粒，細菌含量低于1CFU/ml。超純水適合多種精密分析實驗的需求，如高效液相色譜（HPLC），離子色譜（IC）和離子捕獲-質譜（ICP-MS）。少熱源超純水適用于像真核細胞培養等生物應用，超濾技術通常用于去除大分子生物活性物質，如熱源（結果為<0.005IU/ml）以及無法檢測到的核酸酶和蛋白酶。
目前世界上比較通用的純水標準主要有以下幾個：國際標準化組織（ISO），美國臨床病理學會（CAP）試藥級用水標準，美國測試和材料實驗社團組織（ASTM），臨床試驗標準國際委員會（NCCLS），美國藥學會（USP）等。
同時，我國也有相應的純水標準：中國國家電子級超純水規格GB/T11446-1997和中國國家實驗室用水規格GB6682-92等。因此市面上絕大多數的純水系統，無論是進口的還是國產的，都是依據這些標準來設計流程的。
中國國家電子級超純水規格：GB/T11446.1-1997
5.純水的應用
目前純水主要應用在兩大領域：
一、生命科學應用領域
二、分析和常規應用領域
生命科學應用方面，主要有：細菌細胞培養，臨床生物化學，電泳，電生理學，酶聯免疫吸附分析，內毒素分析，組織學，水栽培，細胞免疫化學，哺乳動物細胞培養，介質制備，微生物分析，分子生物學，單克隆抗體研究，植物組織培養，放射性免疫分析等等。
分析和常規應用方面，主要有：蒸餾水器供水，蒸汽發生器，玻璃器皿清洗，樣本稀釋和試劑制備，超純水系統供水，固相萃取，普通化學，電化學，分光光度計，TOC分析，水質分析，離子色譜，火焰法原子吸收（Flame-AAS），石墨爐原子吸收（GF-AAS），高效液相色譜（HPLC），液質聯用（HPLC-MS），電耦合等離子光譜儀（ICP-AES），等離子質譜（ICP-MS），痕量金屬檢測，氣質聯用（GC-MS）等等。
6.超純水保持最佳水質的方法
超純水取水后很容易遭到環境污染，所以使用前取水（即取即用）方式時最合適的。只有把超純水與環境接觸的時間縮到極短，才能夠獲得純度極高的超純水。
在配置高純度的化學試劑時，盡量不要使用長時間儲桶中存放的超純水，因為儲桶經長時間使用后，會因雜質、微生物的污染而造成水質的劣化，像這種水，在使用時已經不再是超純水。
純水儲桶最好安裝空氣過濾器，防止環境因素造成的污染。
儲水桶請勿放置在日光直射處，水溫上升，容易造成微生物繁殖。特別是半透明儲水桶，也會因為日光通透而造成藻類繁殖。
超純水取水時一定要將初期的出水放掉，以獲得穩定的水質。
取水時讓超純水順著容器側壁流入，盡量不要讓氣泡產生，可降低空氣污染。
請不要在終端濾器后再連接軟管，使用直接取水的方式才能獲得純度高的超純水。
長時間不用純水時，應將壓力儲水桶中的RO水全部放掉以防止污染。
超純水機若長時間不使用，再次使用時應把初期純水充分放掉以確保水質。
原則上，純水機應至少每7—10天通水一次，以防止微生物污染。
超純水使用要點：
(1).即取即用
(2).排掉前端初期水
(3).取水時避免產生氣泡
7.實驗室常見的水的種類
(1)、蒸餾水
實驗室最常用的一種純水，雖設備便宜，但極其耗能和費水且速度慢，應用會逐漸減少。蒸餾水能去除自來水內大部分的污染物，但揮發性的雜質無法去除，如二氧化碳、氨、二氧化硅以及一些有機物。新鮮的蒸餾水是無菌的，但儲存后細菌易繁殖;此外，儲存的容器也很講究，若是非惰性的物質，離子和容器的塑形物質會析出造成二次污染。
(2)、去離子水
應用離子交換樹脂去除水中的陰離子和陽離子，但水中仍然存在可溶性的有機物，可以污染離子交換柱從而降低其功效，去離子水存放后也容易引起細菌的繁殖。
(3)、反滲水
其生成的原理是水分子在壓力的作用下，通過反滲透膜成為純水，水中的雜質被反滲透膜截留排出。反滲水克服了蒸餾水和去離子水的許多缺點，利用反滲透技術可以有效的去除水中的溶解鹽、膠體，細菌、病毒、細菌內毒素和大部分有機物等雜質，但不同廠家生產的反滲透膜對反滲水的質量影響很大。
(4)、超純水
其標準是水電阻率為18.2MΩ-cm。但超純水在TOC、細菌、內毒素等指標方面并不相同，要根據實驗的要求來確定，如細胞培養則對細菌和內毒素有要求，而HPLC則要求TOC低。
8.評價水質的常用指標
(1)、電阻率：
衡量實驗室用水導電性能的指標，單位為MΩ-cm，隨著水內無機離子的減少電阻加大則數值逐漸變大，實驗室超純水的標準:電阻率為18.2MΩ-cm。
(2)、總有機碳：
水中碳的的濃度，反映水中氧化的有機化合物的含量，單位為ppm或ppb。
(3)、內毒素：
革蘭氏陰性細菌的脂多糖細胞壁碎片，又稱之為“熱原”，單位cuf/ml。
滬公網安備31011502401370
