纯水和超纯水的应用指南
纯水及超纯水： I级、II级、III级水的应用指南
什么是纯水？
纯水，也被称为纯化水或实验室级水，是指经过过滤或多种纯化方式以去除水总杂质，而达到的纯度较高水，为了让其适合在实验室环境中使用。
纯水通常分为三级-------I级、II级和III级，每一级都有自己的纯度规格，根据不同的实验需求应用不同级别的水。I级通常称为超纯水，是最为纯净的，用于较为精密或对杂质较为敏感的应用。在实验室使用时，每种级别的水都要通过仪器仪表进行监控，使其满足实验标准或者行业标准。
本指南将概述不同级别的纯水、它们的规格要求以及它们在哪些应用中使用。
为什么我们需要纯水？
纯水已经在商业和工业实验室中使用了几十年，并普遍用于制药和医疗行业。在这些实验环境中，为了确保实验的重复性和可靠性消除可能产生的干扰准确性和精确度的污染物，纯水是必不可少的。
另外，纯水可以确保一些精密实验室设备和分析仪器的安全和稳定的运行，减少因维护和修理而导致的实验停机时间，有助于降低成本。
除了保持持续监测外，还应该正确的使用不同级别的水，以防止造成污染，得到不准确的结果。水的纯化费用相对昂贵，因此不合理的大量使用I级超纯水用于任何实验，会产生昂贵的费用。因此，识别水的纯度和使用正确的不同类型的水是很重要的。
不同级别的纯水
实验室用水主要分为三个级别。III级纯水级别最低，一般用于冲洗玻璃器皿等；I级超纯水级别最高，一般用于精密仪器和对杂质较为敏感的实验，这一级的水一般用于商业、工业和科研实验室，如科学实验、诊断测试和分析仪器，在这些实验中需要高纯度的水来减少和消除污染物，保持结果的正确性、准确性和重复性。
纯水的分类
纯水有很多不同的要求和参数，根据这些要求和参数可以将水分为三个级别，I级超纯水是纯度最高的。这种分级方式区分了在实验室不同需求分别应用哪一种级别的水。
为了区分不同级别的水，需要对水的各种成份和可能的污染物进行评估和检测，这些检测包括以下内容：
电导率
这涉及到测量水中的离子含量和无机杂质，以微西门子/厘米为单位进行测量 (µS/cm)。电导率通常在评估从 "原水 "到 "纯水"的水时使用。电导率提供了一个水中大多数离子总含量的水平。
电阻率
电阻率的测量单位是欧姆（Ω·cm）。它与电导率成反比，可用于测量水中大多数离子的总含量。通过使用专用的设备，如电阻率仪，可以测量水对电流的抵抗程度。
有机化合物
通常用于I类水，你可以使用TOC（总有机化合物）来帮助定义纯度水平。这可以提供一个有机杂质的含量水平。通常仪器是通过先氧化有机化合物，再量化氧化产物而达到检测总有机化合物的目的。
不同级别的水采用不同的方法生产，用于不同的应用，在实验室内发挥不同的作用，因此确定实验所需的纯水级别是非常重要的。
以下是对三种级的水及其在实验室中的具体功能和用途的详细介绍：
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III级水 III级纯水也被称为初级水，与另两个级别的水相比，其纯度最低。由于这个原因，III级纯水通常用于一般非关键的实验，也可以作为I级和II级水纯化设备的进水。这种级别的水是通过介质过滤器，碳过滤器和反渗透模块产生的，这是一个粗纯化过程，可以去除大约90~99%的污染物。 III型水通常用于实验室基本应用，也适合一些清洗工作，例如玻璃器皿、加热浴和其它非关键应用。此外，III类水可以用作为高压灭菌器的进水和I类超纯水生产设备的进水。 为了满足III级水的要求，通常电阻率应大于4MΩ·cm，电导率应小于0.25μS/cm。此外，总有机碳含量应低于200ppb。 |
II级水 II级水也被称为实验室级水，有较高的纯度，经常用于实验室标准应用、测试等。 这种类型的水可以通过反渗透模块和离子交换模块生产。这个过程中包括合成树脂成份，由氢离子或羟基离子取代原水中的离子。II级水也可以通过反渗透或电渗析结合连续电去离子技术（CEDI）生产。 在实验室环境中，II型水可用于一般的实验，如缓冲液的制备、样品的稀释、微生物的分析、PH电极的校准和电化学实验。此外，II型水也可以为洗瓶机、高压灭菌器和临床分析仪提供进水，防止管路和设备内部结垢。 II级水通常电阻率应大于1 MΩ·cm，电导率小于1µS/cm。总的有机碳含量低于50 ppb。 |
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I级水 I级水是纯度最高的水，通常被称为超纯水。这种级别的水用于关键应用和精密设备；一般应满足分析实验室的用水要求。 生产超纯水通常要经过抛光模块，一般这种模块是安装在超纯水机内的。 I级水是极易受污染的，当超纯水远离其生产过程后极短的时间就会被容器或周围大气污染，因此不应将其存在罐或桶中，应该随用随取。 由于I型具有高的纯度水平，它可以广泛用于分析设备等各种设备和实验，包括气相色谱、流式细胞仪、液相色谱仪、原子吸收光谱仪和分子生物学实验、聚合酶链式反应、TOC分析、细胞和组织培养。此外，I级水还可用于分子生物学的样品稀释和试剂制备。 要达到I级水的标准，通常电阻率应大于18 MΩ·cm，电导率应小于0.056µS/cm，总有机碳含量应低于50ppb。
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纯化方法
自然界的水中含有各种可溶解的污染物，如溶解的气体、细菌、有机化合物、颗粒和胶体。这些污染物即使是含量很小，也会影响测试结果和测试的准确性。
为了获得纯水，通常使用以下几种方法：
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蒸馏 蒸馏是一种常见的纯化方法，可以去除水中大部分的杂质和污染物，如细菌、有机化合物和重金属。首先需要煮沸液体，使其蒸发成蒸汽，最后冷却蒸汽后形成蒸馏物。蒸发过程通常会分离杂质，然后可以分离出纯水。
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去离子模块 去离子模块也被称为DI模块或离子交换模块。去除的离子可以认为是水中的杂质，例如在城市水中常见的离子包括镁、钙和氯。去离子模块的原理通常是用氢离子和羟基离子和水中杂质离子进行离子交换，重新结合产生纯水。这种去离子的方法通常用于生产II级水。 |
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反渗透 反渗透是在高压下将水推过反渗透膜来进行去离子处理。这种半透膜可以阻止污染物通过，如离子、细菌、颗粒和胶体。 |
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参考标准
为了帮助定义和确定水的纯度水平，许多人参考了美国材料与试验协会（ASTM International）制定的标准。然而，也有其他部门为针对不用的具体应用确定了自己的参数和标准。
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ASTM International ASTM是一个全球性组织，为各种产品和服务做开发并提供技术标准。关于超纯水，ASTM用水中一些关键参数来定义不同的纯度得水，如电导率，电阻率和总有机化合物等。除了这三级的水之外，ASTM还标定了IV级水，这种水是通过反渗透产生的，通常被用作I级或II级制水设备的进水。
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CLSI CLSI全名临床和实验室标准协会，是一个开发全球实验室标准的组织，前身为NCCLS。CLSI没有将水划分为不同的类型或等级，而是主要关注临床实验室试剂水，这是他们认为在实验室使用时应满足的标准。临床实验室试剂水的参数包括电阻率达到10 MΩ·cm以上，细菌小于10cfu/ml，有机化合物小于500ppb，终端带有一个0.22μm的过滤器。 |
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ISO ISO是国际标准化组织，负责制定相关的国际标准。与ASTM不同，ISO将纯水分为三个不同的等级，I级是纯度最高的。ISO的水质参数包括ph值、电导率、吸光度和硅含量等。 |
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定义和了解正确的水分级，对于在实验室内保持高标准和获得准确测试结果是至关重要的。尽管高纯度水有各种各样的参数、标准，有一定的复杂性，但专业的水纯化设备和专业的设备服务商可以帮助简化这一问题。
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*美国测试与材料协会（ASTM）（2002）水与环境技术。 Annual Book of ASTM Standards, Sec., 11: 11.01 and 11.02, West Conshohocken。
实验室用水试剂等级用水标准为D1193
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