实验室净水系统差异、类型、用途比较

实验室净水系统差异、类型、用途比较

水净化系统从给水（自来水或预处理水）中去除各种污染物，以生产适合实验室内各种应用的纯水。

常见的实验室自来水污染物

自来水中常见的污染物包括酶（核酸酶和蛋白酶）、气体、有机物、微生物（细菌、病毒）、胶体和无机离子。水纯度系统旨在过滤某些应用中特有的特定类别的污染物；系统之间的其他主要区别包括水箱容量、生产率、产水等级、可扩展性、维护水平和远程分配。

什么是实验室级水？

由于实验室级水用于广泛的过程，因此去除污染源的给水对于确保准确的结果至关重要。

实验室水中最常见的污染物是什么？

常见的水性污染物的主要类别是微生物、酶、无机带电离子、胶体、气体和有机物。

水污染源 - 细胞培养、PCR 反应和实验室研究

细菌和病毒等微生物会影响细胞培养研究、PCR 反应和环境研究的结果。酶，如核酸酶和蛋白酶，将分解核酸和蛋白质靶标，颠覆微阵列、DNA 测序和高通量筛选 (HTS) 实验的结果。

带电无机离子，如镁、钙和钠，在化学反应中充当催化剂，影响免疫测定，如 ELISA。胶体、沉淀物和悬浮有机物会损坏分析仪器，例如高效液相色谱 (HPLC) 泵和注射器、气相色谱 (GC) 系统和质谱仪。

溶解的气体，如二氧化碳、氮气、氧气和氨气，通过在电离过程中形成酸和碱来改变水的 pH 值。气体通常在水中形成气泡，使液体粒子计数或分光光度测量的结果出现偏差。

给水中发现的常见有机物，包括清洁剂、油和溶剂，会通过增加背景噪音和促进微生物生长来干扰实验。

净水系统如何去除实验室水中的污染物？

实验室中的水纯度系统利用多种不同的技术去除给水中的污染物；每种技术都有不同的优点和局限性。对于需要超纯水的关键应用，实验室可以开发结合多种过滤或吸附技术的多级净化系统。

实验室水净化方法

蒸馏是最简单的水净化形式，它涉及在连接到冷却盘管的烧瓶中煮沸水。冷却盘管将水蒸气冷凝回液体形式，水被洗脱到单独的烧杯或储罐中。蒸馏可去除多种污染物，但该过程既费时又费力。此外，沸点超过 100°C 的某些污染物（例如有机物）将与水一起沸腾并冷凝到最终洗脱液中。

离子交换是一种重量分析过程，水从充满离子交换珠基树脂的垂直柱中渗出。圆形、半多孔珠与进水交换离子，例如氢离子交换阳离子，例如钠离子。这种低成本、低容量的净化方法可有效去除给水中的无机带电离子，但不能去除有机物或微生物。离子交换通常用作进一步水过滤之前的预处理步骤。

活性炭是一种过滤工艺，旨在从给水中去除有机分子。当水通过碳过滤器时，有机分子通过范德华力与孔壁结合。木炭过滤器的使用寿命比其他过滤介质长，但碳过滤器不能去除水中的无机离子、微粒或胶体。

超滤是一种涉及水通过半透膜的净化技术。悬浮和高分子量固体被膜过滤器截留，而低分子量溶质通过膜进入渗透液。超滤可有效去除进水中的大部分微生物和颗粒，但有机分子和无机离子不会被滤除。

反渗透是一种净化技术，它利用施加的力来克服由溶剂中的化学势差引起的渗透压。在反渗透 (RO) 过程中，溶剂通过半透膜，而溶质则保留在受压侧。尽管反渗透可以去除所有类型的污染物，但流速仍然很低；导致大多数实验室在夜间运行 RO 系统，以确保每个工作日都有足够的水。

紫外线 (UV) 杀菌辐射采用短波紫外线来灭活微生物。除了破坏多种微生物外，UV 光（发射波长为 254 nm）还会氧化有机化合物以产生 TOC 水平低于 5 ppb（十亿分之几）的水。然而，紫外线不能去除水中的胶体、颗粒或无机离子。

实验室净水用途和应用

实验室纯水机通常用于许多应用领域，包括环境科学、药物研发、临床诊断、医学微生物学、生命科学和学术研究。

A - 生产的水等级

A1 - ASTM 1 类水

ASTM 1 类水是最纯净的水等级，通常保留用于关键应用，例如 HPLC、GC 和 ICP-MS，或分析技术，例如实时 PCR、DNA 测序和基因筛选。由于 1 类水的生产成本高于低等级水，因此将 1 类水用于非关键应用的成本过高。

A2 - ASTM 2 类水

ASTM 2 型水系统用于制造 pH 中性缓冲液、细胞和组织培养基以及常见的散装试剂。2 型水通常用作生产 1 型水的净化系统的预处理进料。

A3 - ASTM 3 类水

ASTM 3 类水专门用于非关键实验室工作，如玻璃器皿冲洗和试剂浴、高压灭菌器、测试室、水套培养箱、植物生长室和消毒系统的进水。3 类水可用作生产 1 类或 2 类水的净化系统的给水。

A4 - 去离子水系统

离子交换是一种重量分析过程，水从充满离子交换珠基树脂的垂直柱中渗出。圆形、半多孔珠与进水交换离子，例如氢离子交换阳离子，例如钠离子。这种低成本、低容量的净化方法可有效去除给水中的无机带电离子，但不能去除有机物或微生物。离子交换通常用作进一步水过滤之前的预处理步骤。

A5 - 反渗透水系统

反渗透是一种净化技术，它利用施加的力来克服由溶剂中的化学势差引起的渗透压。在反渗透 (RO) 过程中，溶剂通过半透膜，而溶质则保留在受压侧。尽管反渗透可以去除所有类型的污染物，但流速仍然很低；导致大多数实验室在夜间运行 RO 系统，以确保每个工作日都有足够的水。

B - 净水系统配置

B1 - 台式净水系统

台式超纯水机，专为使用点应用和夜间大宗水生产而设计。尽管台式系统比壁挂式系统占用更多的工作空间，但与壁挂式系统相比，它们包括更大的水箱和更多可用的附件（如紫外线灯和超滤器）。

B2 - 壁挂式净水系统

壁挂式净化系统，包括一个安装支架和多达 3 个可选的远程分配器。尽管壁挂式系统包括比台式装置更小的水箱，但它们为其他关键设备腾出了宝贵的工作空间。

C - 水净化系统控制器

C1 - 模拟水净化系统

经济型水净化系统，包括模拟控制器，带有自动运行的进水电磁阀。数字控制器包括附加功能，例如水库液位指示器、用户可编程方法、过滤器更换警报、数据导出和符合 GLP 的文档。

C2 - 数字净水系统

水净化系统，包括带有集成给水监控、符合 GLP 的文档、数据导出例程、操作模式状态指示器、用户可编程协议、水库液位指示器和滤芯更换警报的数字控制器。

D - 净水系统电压

120 伏连接适用于美国的标准实验室电源插座。与设计为在 120 伏下运行的设备相比，欧洲大陆常见的 240 伏连接需要更少的电流（安培数）和更小的导体。

E - 产水率

结合所产水的等级，流量是每个纯水机最关键的属性。要计算总系统容量，流量（以升/小时或加仑/小时列出）必须与水箱容量（以升或加仑列出）配对。

较小的研究实验室使用体积较小的使用点系统。

高通量实验室需要每小时超过 90 升的大容量系统，其储水箱最多可容纳 200 升纯净水。高通量实验室通常在夜间运行他们的纯水机，以确保在每个工作日开始时水库被填满，防止与实验室级水短缺相关的停机时间。

F - 特殊功能

F1 - 低总有机碳 (TOC)

TOC是纯净水中有机化合物中碳总量的量度。尽管总有机碳和有机化合物的总浓度之间不存在直接相关性，但 TOC 被用作估计纯水中有机污染水平的一般指标。

给水中发现的常见有机物，包括清洁剂、油和溶剂，会通过增加背景噪音和促进微生物生长来干扰实验。河水中的 TOC 水平通常保持在 7 ppm（百万分之几）左右，而海水（700 ppb（十亿分之一））和饮用水（100 ppb）中的 TOC 水平要低得多。超纯的实验室级水必须含有少于 10 ppb 的总有机碳才能满足 ASTM 标准。

F2 - 低内毒素

内毒素是一类存在于大多数革兰氏阴性菌外膜中的脂多糖 (LPS)。纯化水中存在的内毒素会影响缺乏内毒素受体的细胞系的生长和克隆功能。除了对细胞培养研究产生负面影响外，内毒素还可以作为纯化水中微生物水平的一般指标。超滤和紫外线 (UV) 照射是降低给水中内毒素水平的有效方法。

F3 - 紫外线灯

紫外线 (UV) 杀菌辐射采用短波紫外线来灭活微生物。除了破坏多种微生物外，UV 光（发射波长为 254 nm）还会氧化有机化合物以产生 TOC 水平低于 5 ppb（十亿分之几）的水。然而，紫外线不能去除水中的胶体、颗粒或无机离子。

F4 - 远程水箱

对于高通量实验室，带有远程水箱的水净化系统提供了在夜间运行水净化系统的选项，以确保水库在每个工作日开始时就充满了容量，从而防止与实验室级水短缺相关的停机时间。