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 實(shí)驗(yàn)室純水/超純水基本概念的介紹，在實(shí)驗(yàn)室純水/超純水的選擇過(guò)程中，我們通常會(huì)接觸到一些專業(yè)名詞，如RO、UF、MF、UV、EDI等等，許多廠家特別是進(jìn)口純水品牌在儀器型號(hào)分型上也會(huì)直觀的帶有這些名稱。為了讓使用者更好方便的對(duì)純水選型，也是為了更多更好的解純水技術(shù)特點(diǎn)，本章從六個(gè)常用的技術(shù)上展開(kāi)對(duì)實(shí)驗(yàn)室純水/超純水基本概念的介紹。

一、反滲透（RO），反滲透是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室純水/超純水技術(shù)的核心，正是由于反滲透法的發(fā)現(xiàn)才使人們告別傳統(tǒng)的蒸餾法或離子交換法，而進(jìn)入現(xiàn)代化節(jié)約的純水制造時(shí)代。然而反滲透法的發(fā)現(xiàn)卻是一個(gè)偶然過(guò)程，二十世紀(jì)50年代，美國(guó)的科學(xué)家DR.S.Sourirajan發(fā)現(xiàn)了海鷗胃膜過(guò)濾海水的作用，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)并提出了之后反滲透法的基本理論架構(gòu)。并隨后于1953年即開(kāi)發(fā)出用于海水淡化除鹽的反滲透，并zui早于1960成功用于實(shí)驗(yàn)室純水反滲透純化，隨后便逐漸得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

不過(guò)關(guān)于反滲透（RO），我們首先還是要了解“滲透”的概念。滲透是一種物理現(xiàn)象.當(dāng)兩種不同濃度鹽類的水,如用一張半滲透性的薄膜分開(kāi)就會(huì)發(fā)現(xiàn),含鹽量少的一邊的水分會(huì)透過(guò)膜滲到含鹽量高的水中,而其中的鹽分并不滲透,這樣,逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止.然而,要完成這一過(guò)程需要很長(zhǎng)時(shí)間,這一過(guò)程也稱為滲透.但如果在含鹽量高的水側(cè),施加一個(gè)壓力,其結(jié)果可以使上述滲透停止,.如果壓力再加大,可以使水向相反的方向滲透,而鹽分剩下.因此,反滲透除鹽原理,就是在有鹽分的水中（如原水）,施以比自然滲透壓力更大的壓力,使?jié)B透向相反方向進(jìn)行,把原水中的水分子壓到膜的另一邊,變成潔凈的水,從而達(dá)到除去水中雜質(zhì)、鹽分的目的。

反滲透膜通常用于濾除直徑小于1nm的污染物，典型的反滲透方式可以濾掉水中90％的離子污染物，大部分有機(jī)物和幾乎全部微粒污染物。反滲透對(duì)分子量<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大，RO膜的濾除能力也隨之增強(qiáng)。理論上說(shuō)，這種方式可以100％濾除>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(wú)法靠RO膜去除。

由于其出色的純化功效，反滲透是一項(xiàng)對(duì)去除絕大部分雜質(zhì)非常具成本效益的技術(shù)。不過(guò)，其產(chǎn)水速度相對(duì)較低，所以使用時(shí)通常配以儲(chǔ)水箱暫存產(chǎn)成水以備使用或進(jìn)一步純化。反滲透裝置保護(hù)后續(xù)系統(tǒng)免收膠體和有機(jī)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。

二、離子交換

借助于固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進(jìn)行交換，以達(dá)到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬于傳質(zhì)分離過(guò)程的單元操作。目前被廣泛應(yīng)用的是固定床離子交換器，也稱離子交換柱（內(nèi)置離子交換樹(shù)脂層），是用于離子交換常用設(shè)備。

離子交換樹(shù)脂床能通過(guò)與H+和OH-的離子交換，從水中有效去除離子。離子交換樹(shù)脂是直徑小于1mm的多孔小球，由交鏈的含有大量功能強(qiáng)大的離子交換點(diǎn)的不溶性聚合物制成。水中的離子依據(jù)它們的相對(duì)電荷密度競(jìng)爭(zhēng)離子交換樹(shù)脂的交換點(diǎn)而被樹(shù)脂吸附。樹(shù)脂分為陽(yáng)離子樹(shù)脂和陰離子樹(shù)脂兩種。

離子交換樹(shù)脂床放在小型濾柱或大型濾筒中使用，一般使用一段時(shí)間后就要更換，此時(shí)陰陽(yáng)離子交換基團(tuán)已經(jīng)替換了樹(shù)脂中大部分H+和OH-的活性點(diǎn)。通過(guò)將RO膜設(shè)置在離子交換之前的方式，可得到更純的水質(zhì)并延長(zhǎng)填料的使用壽命，該方法經(jīng)常用于生產(chǎn)高純度超純水的實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)中。這種方法也可避免離子交換樹(shù)脂表面被大的有機(jī)物分子堵塞，從而降低其交換能力。

三、電滲析（EDI）

電滲析（EDI）是利用直流電場(chǎng)的作用使水中陰、陽(yáng)離子定向遷移，并利用陰、陽(yáng)離子交換膜對(duì)水溶液中陰、陽(yáng)離子的選擇透過(guò)性（即陽(yáng)膜具有選擇透過(guò)陰離子而阻擋陽(yáng)離子通過(guò)），使原水在通過(guò)電滲析器時(shí)，一部分水被淡化，另一部分則被濃縮，從而達(dá)到了分離溶質(zhì)和溶劑的目。它充分結(jié)合了離子交換樹(shù)脂和離子選擇性通透膜，并結(jié)合直流電去除水中離子化雜質(zhì)的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展克服了離子交換樹(shù)脂的局限性，特別是離子交換柱耗竭時(shí)離子雜質(zhì)的釋放及重填或再生離子交換柱的工作。

水通過(guò)一個(gè)或多個(gè)在陽(yáng)離子或陰離子選擇膜之間填滿離子交換樹(shù)脂的管腔，在電場(chǎng)的作用下，離子在離子交換樹(shù)脂間向管腔的兩側(cè)移動(dòng)并進(jìn)入另外的管腔，這個(gè)過(guò)程中也會(huì)電解產(chǎn)生維持樹(shù)脂處于再生狀態(tài)所需的H+和OH- 。流向兩側(cè)獨(dú)立管腔的離子被水沖刷掉。

通常，EDI的產(chǎn)成水電阻率可達(dá)到5-17 MΩ-cm（在25℃時(shí)），總有機(jī)炭含量（TOC）低于20ppb。由于系統(tǒng)內(nèi)化學(xué)和電環(huán)境的作用抑制微生物生長(zhǎng)，使細(xì)菌水平達(dá)到zui小化。一般來(lái)說(shuō)，EDI不能產(chǎn)生電阻率18.2 MΩ-cm的超純水。必須在EDI之后放置離子交換柱才可生產(chǎn)18.2 MΩ-cm的超純水，并且因?yàn)樗兄挥袠O少數(shù)量的離子存在，所以延長(zhǎng)了離子交換柱的使用壽命。

四、微濾（MF）

純水系統(tǒng)中的微濾器對(duì)水中顆粒物和微生物進(jìn)行物理性阻截。膜濾器*根據(jù)顆粒的大小分級(jí)，有較一致的分子結(jié)構(gòu)，截留所有大于其表面孔徑的顆粒。

膜濾器（0.05-0.20μm）通常被放置在盡可能接近出水點(diǎn)的地方來(lái)捕獲微生物和微細(xì)顆粒。

所截留的顆粒物包括微生物或其代謝物和可溶性物質(zhì)，可能再次從濾器中瀝濾出來(lái)，所以對(duì)微濾器的適當(dāng)維護(hù)（定期消毒和周期性更換）是必要的，使其性能保持在理想水平。新安裝的濾器通常要求在使用前沖洗以去除可能含有的可萃取污染物。

五、超濾（UF）

超濾（UF）是利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過(guò)程。在靜壓差的作用下，小于膜孔（膜孔徑通常在1-50nm之間）的粒子通過(guò)膜，大于膜孔的粒子則被阻攔在膜的表面上，使大小不同的粒子介以分離，其過(guò)濾精度較MF更高，因而膜孔更小，實(shí)際的操作壓力也比MF略高，一般為0.1~0.5MPa。

UF主要從液相物質(zhì)中分離大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)、核酸聚合物、淀粉、天然膠、酶等）、膠體分散液（粘土、顏料、礦物料、乳液粒子、微生物）以及乳液（潤(rùn)滑脂、洗滌劑、油水乳液）。采用先與合適的大分子結(jié)合的方法也可以從水溶液中分離金屬離子、可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)，以達(dá)到凈化、濃縮的目的。

超濾膜通常安裝在靠近純水儀出水口的位置以降低微生物和有機(jī)大分子，包括核酸酶和內(nèi)毒素的濃度。超濾必須定期清洗或更換以保持其效能。超濾可以以傳統(tǒng)的方式安裝，所有水流徑直穿透濾膜，或者以更佳的方式——切向流方式，一部分進(jìn)水平行流過(guò)膜表面帶走污染物以減少其對(duì)膜表面的堵塞。

對(duì)于保障超純水在顆粒、細(xì)菌和熱源含量等各項(xiàng)指標(biāo)上保持穩(wěn)定的高質(zhì)量，超濾法是一項(xiàng)出色的技術(shù)。上通行的用于超純水儀的超濾膜截留分子量是5000道爾頓。

六、紫外燈（UV）

紫外燈通常作為殺菌裝置分解和光氧化有機(jī)污染物使其極化或離子化，一般安裝在離子交換柱之前，便于離子交換柱將其吸附去除。實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)的紫外燈光源為低壓汞燈。

254nm波長(zhǎng)的射線具備zui強(qiáng)的殺菌能力，能破壞DNA和RNA聚合酶，只需低量就可有效阻止細(xì)菌的復(fù)制，較高劑量時(shí)有殺菌作用。UV燈組件和UV燈本身的設(shè)計(jì)應(yīng)提供足夠的UV劑量以避免活菌的滋生并抑制微生物生長(zhǎng)。

較短波長(zhǎng)（185nm）的射線對(duì)有機(jī)物有非常好的氧化作用。UV將大的有機(jī)分子裂變?yōu)檩^小的離子化合物，并被后置的離子交換柱純化去除。通過(guò)*個(gè)離子交換柱對(duì)有機(jī)離子的去除，優(yōu)化了UV的效能。*的超純水系統(tǒng)都會(huì)使用這種雙波長(zhǎng)的紫外燈組件。