無菌實驗室的純水系統(tǒng)

在當今的無菌實驗室中，水環(huán)境作為絕大多數(shù)無菌實驗室的最基本環(huán)境，在無菌實驗室占的地位非常重要,水質往往決定了很多實驗結果的真實性,可重復性,對實驗來說,通常要求純水中的雜質元素和化合物的濃度在 ppb 級甚至更低。在無菌實驗室科學研究領域，所關心的純化起始點是自來水，如果實驗室中已有蒸餾水、去離子水或反滲透水，那就只注重超純化的過程。

無菌實驗室純水系統(tǒng)是一種生產(chǎn)純度極高的水，是指將水中的導電介質兒乎完全去除,同時把不離解的氣體,膠體以及有機物（包括細菌）也去除至很低程度的水。其電導率一般為 0.1-0.055 μS/em,電阻率(25℃)>10x1060/cm ,含鹽量<0.1mg/L,理想純水（理論上）為 0.055μS/em,電阻率（25℃）為 18.3x1060/em。

1.水的純化方法及聯(lián)合應用

在醫(yī)學無菌實驗室,如生化室、細菌室、細胞室,免疫室、血液室等地方要用到純水。

無菌實驗室的純水可通過下列方法制備，超純水要綜合使用多種技術手段才能完全符合指標。

1.1 蒸餾法

蒸餾法是一種傳統(tǒng)的方法，也是常用的將飲用水制造成純水的方法。該方法依據(jù)蒸餾的次數(shù)分為單蒸、雙蒸和三蒸，水的純度隨蒸餾的次數(shù)增加而提高。

蒸餾法的優(yōu)點是方法簡單，制備儀器一次性投資小，缺點是能耗比較大，產(chǎn)水純度有限，產(chǎn)量有限。

1.2 過濾法

該方法一般先采用預過濾的方式去除水中大顆粒雜質及泥沙，再采用粗過濾棉芯及細過濾棉芯過濾，最后采用反滲透技術，反滲透（RO）膜通常用于濾除直徑 1mm 的污染物，典型的反滲透方式可以濾掉水中 90%的離子污染、大部分有機污染物和幾乎全部微粒污染物。反滲透對分子量小于 100 道爾頓的非離子污染物的去除能力較低，而隨污染物分子量的增加，RO 膜的濾除能力也隨之增加。理論上說，這種方式可以 100%濾除大于 300 道爾頓分子量的分子和包括膠體及微生物在內(nèi)的顆粒，溶解的氣體則無法去除。

反滲透過程中，進水在一定壓力下（通常為415har，60220psi ），從 RO 膜的進水面以切向流的方式被泵人。RO 膜一般是很薄的聚酰胺膜，它在較寬的 PH 值范圍內(nèi)很穩(wěn)定，還可能會被氧化劑，如市政供水中的氯所破壞。用于進水預處理的微孔深層過濾器和活性炭過濾柱，通常用于保護 RO 膜不被大型顆粒、重金屬和游離氯破壞。進水一般有 15%—25%生成反滲透水，截留在上游的是濃水，含有大部分鹽、有機物和幾乎全部顆粒。反滲透水量和進水量的體積比叫產(chǎn)水率。

水純化系統(tǒng)中 RO 膜的性能通常通過測定離子去除率進行監(jiān)控，它是進水和出水電導率的差值除以進水電導率所得的百分比。離子去除率和產(chǎn)水率隨進水水質、進水口壓力、水溫和 RO 膜的狀態(tài)而定。

由于其出色的純化功效，反滲透是一項對去除絕大部分雜質非常有效的技術。不過，其產(chǎn)水速度相對較低，所以使用時通常配以儲水箱暫存產(chǎn)成水以備使用或進一步純化。反滲透裝置保護后續(xù)系統(tǒng)免受膠體和有機物的堵塞或污染，其后續(xù)系統(tǒng)通常配備離子交換或電滲析裝置。要了解反滲透法除鹽原理，先要了解“滲透”的概念。滲透是一種物理現(xiàn)象，當兩種含有不同濃度鹽類的水，如用一張半滲透性的薄膜分開就會發(fā)現(xiàn)，含鹽量少一邊的水分開透過膜滲到含鹽量高的水中,而所含的鹽分并不滲透，這樣，逐漸把兩邊的含鹽濃度融和到均等為止。

（1）預濾。孔徑在 5—8μm 以上的材料實施的過濾稱為預濾，此手段主要應用于純水儀器的進水端以去除自來水中的大顆粒雜質。

（2）超濾（UF）。截留分子量 5000 道爾頓的連續(xù)過濾方式稱為超濾。其主要用于生物大分子的純化或雜質去除。在超純水儀中此手段主要是為去除超純水中的核酸酶、內(nèi)毒素等生物大分子，以滿足生物學實驗對超純水的嚴格要求。

（3）微濾（MF ）?？讖皆?/span> 0.1μm、5μm或 8μm之間的材料實施的過濾稱為微濾。應用此手段是為了去除純水中的微粒和微生物體，可以有流路在線型微濾器或出水口微濾器。

1.3 吸附法

吸附法是指應用活性炭具備的高孔隙率的特點吸附去除部分微生物、游離氯等雜質。

1.4 光氧化法

光氧化利用 185nm 或/和 254 nm 的紫外線對水中的微生物進行殺滅、氧化分解，從而控制超純水的總有機碳（TOC）水平。

1.5 離子交換法

隨著工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，離子交換樹脂也在更新?lián)Q代，它可以與其他幾項技術手段結合產(chǎn)生出電滲析這種可在線再生的離子交換方式。

1.5.1 經(jīng)典的離子交換（SDI)

一般陰陽離子分別放置在不同的容器內(nèi)，經(jīng)過一段時間的使用基本處于飽和狀態(tài)，這時可以進行脫線再生。經(jīng)過此種手段產(chǎn)出的去離子水的純度大約為1MQ/cm。

1.5.2 核子級樹脂的離子交換

這是目前為止離子交換樹脂產(chǎn)品中最高效的一種，純水經(jīng)過它的處理就可以達到 18.2M G2/cm 的Ⅰ級超純水。在超純水儀中，將核子級的陰陽離子交換樹脂混合填裝在一個容器內(nèi)使用，它是一次性的，不可以再生利用。

1.5.3 電滲析（EDI）

這是一種綜合了離子交換、離子選擇性通過膜和電場作用下可即時再生的離子交換方式。電滲析的方法是離子交換法的升級版。

該項技術的最大優(yōu)點是，理論上沒有消耗性材料；但它的缺點是一次性投資較大且 EDI組件對進水中的重金屬等離子有較高的純度要求，否則極易中du，在電場作用下，無法再生出活性離子交換樹脂，只好換 EDI 組件。EDI 使用的真正意義在于對認證有強烈要求的制yao廠等企業(yè)，可以保證連續(xù)生產(chǎn)。在實驗室領域。采用 EDI模塊產(chǎn)水,會導致購買成本的增加,并不是最有效的選擇。作為離子交換,水在離子交換樹脂中的流程越長，交換效果越好。中凈環(huán)球凈化可提供微生物實驗室、潔凈廠房、無菌室的咨詢、規(guī)劃、設計、施工、安裝改造等配套服務。

（1）采用離子交換方式，其流程如下：原水→原水加壓泵→多介質過濾器→活性炭過濾器→軟水器→精密過濾器→陽性樹脂過濾→陰性樹脂過濾→陰陽樹脂混床→微孔過濾器→用水點（或儲水箱）

（2）采用兩級反滲透方式，其流程如下：原水→原水加壓泵→多介質過濾器→活性炭過濾器→軟水器→精密過濾器→—級反滲透→ PH 調(diào)節(jié)→中間水箱→二級反滲透→純化水箱→純水泵→微孔過濾器→用水點

（3）采用 EDI 方式，其流程如下：超純水設備原水→原水加壓泵→多介質過濾器→活性炭過濾器→軟水器→精密過濾器→—級反滲透機→中間水箱→中間水泵→ EDI 系統(tǒng)→微孔過濾器→用水點

（4）原水→多介質過濾器→活性炭過濾器→軟化水器→中間水箱→低壓泵→ PH 值調(diào)節(jié)→高效混合器→精密過濾器→高效反滲透→中間水箱— EDI水泵→ EDI 系統(tǒng)→微孔過濾器→用水點

1.6 純化技術的聯(lián)合應用

無菌實驗室純水或超純水供應商，往往采用多個手段組合以實現(xiàn)自來水向無菌實驗室要求的高純度水的轉化。

2. 無菌實驗室純水的分級

無菌實驗室純水可分為三個常規(guī)等級：純水、無菌實驗室Ⅱ級純水和無菌實驗室Ⅲ級純水。

2.1Ⅲ級純水的物理純度一般為小于50μs/cm，單蒸水、雙蒸水、普通去離子水和反滲透水都屬于此級別，一般由自來水純化制備而成。Ⅲ級純水的主要用途是清洗器皿、高壓消毒裝置用水、人工環(huán)境適用水及超純水儀器供水等。

2.2Ⅱ級純水常用 5-15MQ/cm 表示，也可以將 1~17MQ2/cm 范圍均認為是Ⅱ 級純水，Ⅱ級純水一般是將Ⅲ級純水再經(jīng)過離子交換或電滲析而制成。它主要用于一般試劑的配制，普通化學實驗用水及給超純水儀供水。

2.3  Ⅰ 級超純水是指物理純度大于 18MQ/cm 的水，電阻率為 18.2M Q/cm是1級超純水的指標。Ⅰ級超純水是由Ⅲ級或Ⅱ級純水經(jīng)核子級離子交換樹脂再純化而來，它主要用于高精密度的分析實驗和對水純度要求很高的生命科學實驗。

3. 無菌實驗室純水的供應模式

無菌實驗室純水供應模式分為中央供應模式和分散供應模式兩種。

3.1，中央純水供應模式

中央純水供應模式是指集中設置純水生產(chǎn)裝置，無菌實驗室用水通過供水管道輸送到各個無菌實驗室用水點，無論是單個無菌實驗室還是一棟實驗樓，實現(xiàn)從無菌實驗室用水點的純水龍頭直接獲取無菌實驗室純水或超純水。

中央純水供應模式優(yōu)點：

（1）運行成本低，管理集中。

（2）集體使用，不存在機器閑置可能。

（3）產(chǎn)量大，用水采用管網(wǎng)化，同一實驗室多點取水。

中央純水供應模式缺點：系統(tǒng)必須保證長期安全運行，否則存在斷水風險

3.2 分散純水供應模式

分散純水供應模式是指實驗室各用水位置設置純水機或成品水。

分散純水供應優(yōu)點：儀器有單獨的使用權，使用率高。

分散純水供應缺點：

（1）運行成本高，管理分散，消耗成本相對較高。

（2）有立式桌面定點安裝，定點取水，機型產(chǎn)量小，流量小，工作效率低。

（3）若每個實驗組單獨購買，業(yè)主在該類產(chǎn)品上的投資總額非常高，可能會

因每個實驗組工作情況不同而導致空置率提高，不利于投資效率極大化

（4）水質不一樣。

隨著無菌實驗室裝備的發(fā)展，無菌實驗室供水的管網(wǎng)化與集中化已成為大型實驗樓純水供應的發(fā)展方向。

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