水是生命之源,是我们赖以生存的物质资源之一。在实验室中也不例外,水作为不可或缺的物质之一,往往会对实验结果产生关键影响。那么,关于实验室用水小常识,你知道多少呢?
一、实验室用水等级划分
根据GB/T 6682-2008《分析实验室用水规格和试验方法》的规定,分析实验室用水的原水应为饮用水或适当纯度的水,并将实验室用水分为三个级别:一级水、二级水和三级水。
评价水质等级的技术指标如下:
指标 | 一级 | 二级 | 三级 |
pH值范围(25℃) | — | — | 5.0-7.5 |
电导率(25℃),mS/m.≤ | 0.01 | 0.1 | 0.5 |
可氧化物质(以0计),mg/L< | — | 0.08 | 0.4 |
吸光度(254nm,25px光程)≤ | 0.001 | 0.01 | — |
蒸发残渣(105°±2℃),mg/L≤ | — | 1 | 2 |
可溶性矽(以SiO2计)mg/L< | 0.01 | 0.02 | — |
二、实验室常见水的种类
01蒸馏水(Distilled Water)
实验室常用的一种纯水,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、二氧化矽以及一些有机物。新鲜的蒸馏水是无菌的,但储存后细菌易繁殖,因此建议不要长时间存放;
另外,储存蒸馏水的容器也很讲究,需要尽量选择非惰性物质制造的容器,不然,容器中的离子和塑形物质会析出造成蒸馏水的二次污染,无法使用。
在早期实验室中,由于蒸馏水制备方便,因而应用比较广泛。但是蒸馏水设备虽然设备便宜,但极其耗能,费水并且制水速度慢,近年来实验室应用逐渐减少。
02去离子水(Deionized Water)
去离子水是使用离子交换树脂去除水中的阴离子和阳离子而得到的。去离子水中还是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,影响水质。
如同蒸馏水一样,去离子水存放后也容易引起细菌的繁殖,因此要现取先用,减少储存时间。
03反渗水(Reverse osmosis Water)
反渗透水是目前实验室应用越来越广泛的一种实验室用水。反渗透水的生成原理是水分子在压力的作用下,通过反渗透膜制出纯水,水中的杂质被反渗透膜截留排出。反渗透水的生产过程耗能低,产水快,安全,纯物理过程,无化学反应。因此,这种经济、实用、安全、高效的制水方式现在被越来越多的实验室所应用。
反渗透水可以有效的去除水中的溶解盐、病毒、细菌、胶体,细菌内毒素和大部分有机物等杂质,克服了蒸馏水和去离子水的许多缺点,好的反渗透膜的脱盐率可以达到约99%,但不同厂家生产的反渗透膜对反渗水的质量影响很大。
反渗透水因为其纯度高,很容易遭受空气的二次污染,因为储存要求较高,尽量不要长时间在空气中暴露储存。
04超纯水(Ultra-pure grade water)
超纯水的标准是水的电阻率为18.2MΩ.cm(25℃)(请注意,我们所说的水的情况都是在25度的理想环境下)。
超纯水除了水,离子含量接近无,是一种强氧化剂,容易被空气二次污染,即使储存,电阻率也下降的很快。因为,在实验室里,为保证实验的准确性,我们建议超纯水现取现用。
超纯水在TOC、细菌、内毒素等指标方面因为各种实验的要求而并不相同,因此,需要根据实验的要求来确定,超纯水的相关标准。
以下介绍几种评价超纯水水质的常用指标:
A、电阻率(electrical resistivity),超纯水电阻率的单位为MΩ/cm(25℃),是衡量实验室用水导电性能的指标。超纯水的电阻率随着水内无机离子的减少而电阻加大,电阻率与电导率成倒数关系。
实验室超纯水的标准:水的电阻率为18.25MΩ.cm(25℃)。
B、TOC总有机碳(Total Organic Carbon),TOC是超纯水中碳的的浓度,单位为ppm或ppb,能够反映水中氧化的有机化合物的含量,对一些有机物实验影响较大。
C、内毒素(Endotoxin),内毒素又称之为“热原”,主要是革兰氏阴性细菌的脂多糖细胞壁碎片,其单位cfu/eu,去除内毒素的超纯水主要应用在生命科学方面。
三、水中存在的杂质
可溶性无机物:无机盐类、溶解气体、重金属、硬度成分(钙、镁等)
可溶性有机物:木质素、单宁、腐植酸、内毒素、RNA分解酶、农药、三氯甲烷、环境荷尔蒙物质、界面活性剂、有机溶剂
微粒子:铁锈、胶体、悬浮物、固体颗粒
微生物:细菌类、藻类
四、纯水的应用
目前,纯水主要应用在两大领域:
一.生命科学应用领域
细菌细胞培养,临床生物化学,电泳,电生理学,酶联免疫吸附分析,内毒素分析,组织学,水栽培,细胞免疫化学,哺乳动物细胞培养,介质制备,微生物分析,分子生物学,单克隆抗体研究,植物组织培养,放射性免疫分析等等。
二.分析和常规应用领域
蒸馏水器供水,蒸汽发生器,玻璃器皿清洗,样本稀释和试剂制备,超纯水系统供水,固相萃取,普通化学,电化学,分光光度计,TOC分析,水质分析,离子色谱,火焰法原子吸收(Flame-AAS),石墨炉原子吸收(GF-AAS),高效液相色谱(HPLC),液质联用(HPLC-MS),电耦合等离子光谱仪(ICP-AES),等离子质谱(ICP-MS),痕量金属检测,气质联用(GC-MS)等等.
对水的纯度要求ji高的几个主要应用:
电泳:电泳用水最重要的要求是生物活性物质诸如内毒素(通常小于0.05EU/mL),核糖核酸酶和蛋白酶(不可测定)的去除。最好用电阻率18.2 MΩ-cm,TOC<10ppb,0.1μm或更小孔径的微滤以及细菌含量低于1CFU/mL的超纯水作为供水。
内毒素分析:从分离到细胞培养的各种应用领域用水都要求规定内毒素指标,内毒素最大指标范围从0.25IU/mL到0.03IU/mL。对内毒素分析,适用少内毒素的超纯水,通常是0.05IU/mL或更小。超滤是制造少内毒素超纯水的必须手段(国际上通常使用MWCO为5000道尔顿的超滤膜),而且,可以结合UV等进行光氧化。
石磨炉原子吸收光谱:GF-AAS与其他原子吸收光谱测定的不同之处是,其火焰炉被电子发热石墨管或棒替代,能在元素分析中达到很高的灵敏度。GF-AAS要求顶级纯水系统,提供ppt级的杂质水平,18.2 MΩ-cm的电阻率和低TOC水平。内置监测仪提供纯度保证,最终的水质指标是由良好的预处理系统,加上连续循环流路和纯水的超纯化而实现。
电感耦合等离子光谱仪:在ICP-AES应用中,对不同元素的灵敏度明显不同,但金属、过渡金属、磷和硫检测下限都在ppb范围内。ICP-AES对水的纯度要求相当严格,电阻率大于18 MΩ-cm的超纯水是必须的,TOC的要求一般不太重要,前处理要求反渗透或离子交换。
等离子质谱:ICP-MS可被用于测定在ppt水平的元素。对这种灵敏的ICP-MS分析工作,水的纯度要求非常严格,要求水中杂质在ppt水平,电阻率18.2MΩ-cm和较低的TOC。最终的水质指标是由良好的预处理系统,加上连续循环流路和纯水的超纯化而实现。
质谱分析:质谱能对混合物进行痕量分析,由于其高灵敏度,要求最高纯度的用水。所有的样本制备和前处理,例如,固相萃取都需要超纯水。要求水中杂质在ppt水平,进行有机物分析时要求电阻率18.2 MΩ-cm,非常低的TOC,一般指标小于3ppb。
痕量金属检测:先进的现代分析仪器不断提升分析的灵敏度。痕量元素现在通过使用诸如ICP-MS技术,可测定在ppt和亚ppt水平的物质。痕量分析工作需要不含可测定成分的纯水,并且水质要求适用于最严格最灵敏的ICP-MS工作。因此,空白试剂,标准样稀释和样本制备均需要纯度最高的超纯水,甚至需要在无尘室中操作。
随着科技的发展,越来越多的应用开始要求使用纯度高的超纯水。
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