無菌實驗室的純水系統(tǒng)

在當(dāng)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(zhì)往往決定了很多實驗結(jié)果的真實性,可重復(fù)性,對實驗來說,通常要求純水中的雜質(zhì)元素和化合物的濃度在 ppb 級甚至更低。在無菌實驗室科學(xué)研究領(lǐng)域，所關(guān)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(dǎo)電介質(zhì)兒乎完全去除,同時把不離解的氣體,膠體以及有機(jī)物（包括細(xì)菌）也去除至很低程度的水。其電導(dǎo)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(yīng)用

在醫(yī)學(xué)無菌實驗室,如生化室、細(xì)菌室、細(xì)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(shù)手段才能完全符合指標(biāo)。

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(yù)過濾的方式去除水中大顆粒雜質(zhì)及泥沙，再采用粗過濾棉芯及細(xì)過濾棉芯過濾，最后采用反滲透技術(shù)，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(jī)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(jìn)水在一定壓力下（通常為415har，60220psi ），從 RO 膜的進(jìn)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(jìn)水預(yù)處理的微孔深層過濾器和活性炭過濾柱，通常用于保護(hù) RO 膜不被大型顆粒、重金屬和游離氯破壞。進(jìn)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(jī)物和幾乎全部顆粒。反滲透水量和進(jìn)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(jìn)行監(jiān)控，它是進(jìn)水和出水電導(dǎo)率的差值除以進(jìn)水電導(dǎo)率所得的百分比。離子去除率和產(chǎn)水率隨進(jìn)水水質(zhì)、進(jìn)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(zhì)非常有效的技術(shù)。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(jìn)一步純化。反滲透裝置保護(hù)后續(xù)系統(tǒng)免受膠體和有機(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。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(dāng)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(yù)濾?？讖皆?/span> 5—8μm 以上的材料實施的過濾稱為預(yù)濾，此手段主要應(yīng)用于純水儀器的進(jìn)水端以去除自來水中的大顆粒雜質(zhì)。

（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(zhì)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(xué)實驗對超純水的嚴(yán)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(yīng)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(yīng)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(zhì)。

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(jìn)行殺滅、氧化分解，從而控制超純水的總有機(jī)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(shù)手段結(jié)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(jìn)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(dá)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(shù)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(jìn)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(rèn)證有強(qiáng)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(lǐng)域。采用 EDI模塊產(chǎn)水,會導(dǎo)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(shè)計、施工、安裝改造等配套服務(wù)。

（1）采用離子交換方式，其流程如下：原水→原水加壓泵→多介質(zhì)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(zhì)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(shè)備原水→原水加壓泵→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→軟水器→精密過濾器→—級反滲透機(jī)→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(zhì)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(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

無菌實驗室純水或超純水供應(yīng)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(zhuǎn)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(rèn)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(xué)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(biāo)。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(xué)實驗。

3. 無菌實驗室純水的供應(yīng)模式

無菌實驗室純水供應(yīng)模式分為中央供應(yīng)模式和分散供應(yīng)模式兩種。

3.1，中央純水供應(yīng)模式

中央純水供應(yīng)模式是指集中設(shè)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(yīng)模式優(yōu)點：

（1）運(yùn)行成本低，管理集中。

（2）集體使用，不存在機(jī)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(yīng)模式缺點：系統(tǒng)必須保證長期安全運(yùn)行，否則存在斷水風(fēng)險

3.2 分散純水供應(yīng)模式

分散純水供應(yīng)模式是指實驗室各用水位置設(shè)置純水機(jī)或成品水。

分散純水供應(yīng)優(yōu)點：儀器有單獨的使用權(quán)，使用率高。

分散純水供應(yīng)缺點：

（1）運(yùn)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(jī)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(dǎo)致空置率提高，不利于投資效率極大化

（4）水質(zhì)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(yīng)的發(fā)展方向。

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