密理博常见问题

Millipore密理博纯水系统常见问题集2011-04-08蓝宝书系列之二纯水系统常见问题集FAQ市场部2005目录纯水系统使用常见问题.111 纯水制备系统.11. Millipore纯水系统是否可以追溯至NIST的检测？.12. Progard 柱中有多少抗结垢剂？在什么水平下，需要额外添加软化剂。13. Millipore 纯水系统能否显示真正的电阻率？.14 反渗透膜的孔径100道尔顿，离子都小于100道尔顿。为什么反渗透膜能够清除离子？ .25. 为什么在反渗透（RO）纯化柱使用聚酰胺薄膜 （TFC PA）而不是醋酸纤维素脂（CA）膜？.26. EDI 是如何去除有机物的？.37 为什么在EDI模块的阴极有碳粒？.38. Elix 对进水的TOC 含量有没有特殊要求？要求是什么？.39. Elix 水纯化系统是如何去除水中的气体（CO2）?.310. 在保证产水细菌含量300ppm 硬水当进水的硬度大于 300ppm,需要额外配置一个软化柱。焦磷酸盐的含量 (抗结垢剂):Progard 柱中含有大约500g 的焦磷酸盐。3. Millipore 纯水系统能否显示真正的电阻率？能电导率的计算公式如下：X= F CiZiUiX 是电导率, F 是法拉第常数, Ci 是某种离子浓度， Zi 是离子的电荷数 ，Ui指离子迁移率。电阻率是电导率的倒数。温度会直接影响到溶液的电导率。25 0C 时，无离子污染物的水的电导率为0.055S/cm。电阻率或电导率的测定有两步。电阻池测量电阻率，温度计测量温度。这时的电阻率未经过温度补偿，为“原始”电阻率。通过软件和微处理器读取温度和未补偿的电阻率/电导率测量值，然后进行温度补偿。温度低于25oC时，无离子水的电阻率值大于18.2M.cm。温度高于25oC时，无离子水的电阻率小于18.2M.cm. 电阻率随着温度的变化而变化很大（非线性）。而电导率随着温度的变化较小。18.2 M-cmCONDUCTIVITY (25 C)1温度(C) 电阻率(M.cm) 温度(C) 电阻率(M.cm) 24.0 19.11 25.0 18.20 24.1 19.01 25.1 18.11 24.2 18.92 25.2 18.01 24.3 18.83 25.3 17.92 24.4 18.74 25.4 17.83 24.5 18.65 25.5 17.74 24.6 18.56 25.6 17.65 24.7 18.47 25.7 17.56 24.8 18.38 25.8 17.47 24.9 18.29 25.9 17.384 反渗透膜的孔径100道尔顿，离子都小于100道尔顿。为什么反渗透膜能够清除离子？反渗透涉及一个离子排除过程（ionic exclusion process）。只有溶剂能够通过半透膜（反渗透膜），而所有的离子以及溶解性分子（包括各种盐和糖分）被截留。这种反渗透膜对盐（离子）的截流是通过电荷反应现象（charge phenomena action）实现的，带电量越大，截流率越大。因此膜可以强烈的（99%）截留多价离子，而对单价离子比如钠只能截流95%。基于这样的原理，在反渗透膜开始工作的一段时间，离子根本就无法截流。这时的产水离子含量很大，我们为此提供一个转向阀，自动把这部分水排出到废水池，直到水质达到可以接受的水平才收集产水。因此，尽管反渗透膜孔径只有100道尔顿，但是它仍能够去除小于100道尔顿的离子。5. 为什么在反渗透（RO）纯化柱使用聚酰胺薄膜 （TFC PA）而不是醋酸纤维素脂（CA）膜？目前常用于反渗透（RO）的两种膜为乙酸纤维素脂(CA)膜和复合聚酰胺薄膜(TFC PA) 。前者是一种整合膜，而后者是复合膜。醋酸纤维素脂膜（CA）CA膜原本用于盐水的过滤，由于在高压下膜的可压缩性， 从未用于海水的过滤。它的pH,温度，和性能极限影响了它的普及。但是在许多领域，还是会使用CA膜，由于其高氯和防结垢能力。复合聚酰胺薄膜 (TFC PA)发明于上世纪八十年代， 在脱盐的水流速度和截流率方面，TFC膜是一个大的突破。一般地，复合膜是由一层聚砜膜支撑一层薄薄的聚酰胺膜.TFC 膜有很好的温度和pH值的耐受能力，但是不耐氧化，特别是氯。所以活性炭的预处理是十分重要的。26. EDI 是如何去除有机物的？EDI 只能去除带电有机分子。 由于电极间存在电压，微电离的有机分子（如乙酸/草酸/腐殖酸） 向阳极移动。例如:CH3COOH - CH3COO- + H+CH3COO- 带负电荷，向阳极移动。阴、阳离子通透膜使阴、阳离子聚集在浓缩通道。 流经EDI的电极通道和浓缩通道的水都为弃水。7 为什么在EDI模块的阴极有碳粒？在EDI模块的阴极产生 OH- 。 OH-的存在提高了pH值。 高pH值将导致高的电极结垢可能性。pH 值高，CO32-会与Mg2+, Ca2+反应结垢。CO2 + H2O - H2CO3H2CO3 - H+ + HCO3-HCO3- - H+ + CO3-2阴极的碳粒主要用于降低局部的pH值，防止结垢。碳粒增加了阴极的表面积， 从而可以捕捉到足够的OH-极性分子，没有多余的OH-离子来形成结垢。8. Elix 对进水的TOC 含量有没有特殊要求？要求是什么？Millipore 对Elix 进水的TOC 含量没有特别要求。一般来说，典型的自来水的TOC含量为 3000- 4000 ppb.反渗透可以除去90-95 % 的污染物。也就是说反渗透水的典型TOC含量为 200-400ppb. 连续电去离子过程可以进一步把TOC含量降低到 30-50ppb.如果进水的TOC 含量远大于4000ppb, 建议使用去有机物的预处理。9. Elix 水纯化系统是如何去除水中的气体（CO2）?CO2能溶于水，并在水中保持平衡，如下：CO2 + H2O - H2CO3H2CO3 - 2H+ + CO32-CO32- (碳酸根离子) 带负电朝阳极移动。 阴阳离子通透膜汇集了在电极通道和浓缩通道的碳酸根离子. 流经浓缩通道和电极通道的水被排到下水道。这样除去了溶解在水中的CO2 。如果进水中的CO2 水平 30 ppm,那么Elix 产水中的CO2的水平为0ppm.10. 在保证产水细菌含量300ppm），建议加装预处理软水器。Milli-Q生产的是“无离子”水。816 什么是核级离子交换树脂？离子交换树脂通常呈微球状，对特定的离子具有吸引力。阳离子交换树脂是用苯乙烯和璜酸基二乙烯基苯制造的，璜酸基上的氢离子可以和接触到的任何阳离子进行交换。与此相似，阴离子交换树脂是用苯乙烯和季铵基二乙烯基苯制，季铵基上的氢氧根离子则可以和任何阴离子交换。核级离子交换树脂是指高品质的离子交换树脂，早些时候是核工业专用的。这种树脂不能进行再生，以保证品质。17 离子交换树脂是通过什么原理来去除离子污染物的？离子交换树脂是由带有电荷位点的聚合物构成的，电荷位点处可以发生离子交换。合成的离子交换树脂通常都是由多孔微球制备的，这些微球的表面和孔径大小非常适合离子的附着。如果表面积太大，会发生严重的物理吸附。离子交换树脂一旦被各种物质用物理吸附包裹起来，就不能进行离子交换了。（表面积太小会造成离子交换容量有限）。在正常条件下，离子交换和物理吸附都会发生。现在使用的大多数离子交换树脂都是由合成的聚合物骨架或者矩阵以及与其连接的带有离子交换功能的功能基团构成。可以根据应用不同选择不同的离子交换树脂制备方法。通常情况下，它们是球形或者颗粒状的，但也可以制备成膜、纤维、管、布以及泡沫状。用专门的生产工艺，微球型的聚合物可以制备出成多孔的结构，取代传统的实心凝胶树脂结构。这种树脂被称为大孔或者大网络树脂。聚合物骨架通常是交联在一起的，这样可以防止它们溶解，同时增加机械强度和稳定性。交联的程度必须加以控制，以使得树脂在保证机械性能的同时有足够的缝隙和孔道来吸收和溶胀水，从而保证离子交换活性。最常见的离子交换树脂是苯乙烯二乙烯基苯（DVB）共聚物，在这里，DVB是交联剂，离子交换的定义是，在固相和液相之间进行可逆的离子互换，同时固相的结构不发生永久的改变。这意味着常规的使用是不会消耗离子交换树脂的。当树脂耗尽时，可以通过再生使其恢复到初始状态，重新使用。阴离子交换是去除阴离子（带负电的离子）的选择性树脂。强阴离子交换采用季胺基团作功能基团，而弱阴离子交换则用叔胺基团。阳离子交换树脂去除阳离子（带正电的离子）。强力阳离子交换基团是璜酸基，而弱阳离子交换基团为羧酸。9离子交换树脂是如何工作的呢？R-H+ + Na + = R- Na+ + H +如上所示，结合在树脂上的Na+和溶液中的Na+之间存在平衡。树脂上的H+浓度越大，结合上去的Na+就越多。树脂对离子的结合是不可能100%的，结合的平衡取决于水的pH值和树脂的再生程度。18 在进行如ICP-MS这样比较灵敏的应用时，为什么要用专用纯化柱去除硼？水中的硼通常以硼酸（一种非常弱的酸）的形态存在。pH值低于7的时候，硼酸会以未解离的形态H3BO3或者B(OH)3存在。pH值高于11.5的时候，硼则会解离成硼酸根B(OH)4-。B(OH)3 + NaOH = B(OH)4- + Na+如果浓度比较大，还会生成多聚态离子。2B(OH)3 + B(OH)4_ = B3O3(OH)4- + 3H2O带负电的硼酸根离子能够被阴离子交换树脂截流（但中性的硼酸则无法截流）。而用疏水的苯乙烯骨架以及叔胺基团合成的聚合树脂更适合去除硼。这种硼专用树脂和高级水纯化材料和专用的配置结合起来，能够生产适用于超痕量分析的无硼超纯水。19. Milli-Q Element (元素分析型)能达到什么样的TOC水平？Milli-Q Element 系统 可以把水中的TOC值降低到5ppb. Milli-Q Element 带有发射双波长(254nm 和 185nm)的紫外灯， 它可以氧化水中痕量级的TOC，使TOC水平小于5ppb.特别地，UV灯放置在Quantum 柱和Q-Gard 柱之前，更加确保了痕量级离子的去除。1013 纯水储存系统1. 为什么纯水/超纯水的储存和分配会影响其水质？纯水/超纯水随着时间的延长而水质下降。导致水质劣化的原因来自以下几个方面：储存器: 由于纯水中溶解的离子浓度很低甚至没有，这样子纯水极易从外界环境中吸收离子污染物。 低级塑料和玻璃制造的储水器会溶出离子和有机物，增加水的电导率，劣化水质。因而推荐使用低溶出的高级聚乙烯储水器。通气口: 多数的储水器都有一个排气口用于取水期间空气的流通。通气口吸入外界空气的同时带入实验室空气中的CO2 ,细菌，颗粒和挥发性有机物。 这些都将污染储存在水箱中的纯水。因而通气口应配置空气过滤器以阻止有机物，细菌和CO2进入水箱。设计: 在清洗过程中，无法将平底水箱的水排干。这些未能排干的水是细菌生长的一个根源。因此我们推荐使用锥形底的水箱以排干所有的水。水箱应采用吹塑成型的方式制作以防止凹凸不平的表面为细菌提供生长繁殖的场所。分配: 好的分配泵应该在连续工作10个小时的情况下也不会造成温度的升高，温度的升高利于细菌的生长。消毒: 哪怕是极微级的微生物的滋生，也能形成菌膜，劣化水质。所以安装一个能抑制细菌生长的消毒模块（UV灯）是很重要的。2 用什么容器盛装/运输纯水/超纯水？超纯水哪怕极其微小的暴露在外界环境中都会被污染。因此建议即取即用超纯水，以防止水质下降。实验室中的玻璃器皿盛装超纯水时，玻璃会溶出大量离子，从而会彻底的改变超纯水的电阻率值。3. 水箱所使用的PE材料会不会溶出有机物，使水中的TOC含量上升？有许多材料被用来制造水箱。Millipore公司对不同级别的高密度聚乙烯，聚丙烯进行试验，测试这些材料的溶出。将5mg不同的原材料放置在100mL的Milli-Q 水中（电阻率18.2M.cm, TOC 10ppb）, 24小时后测试其溶出，发现对于离子的溶出，几种比较的材料没有太大的区别。但是3天后再测量一次，发现聚丙烯溶出的Cl-,NO3-,SO32-,和Mg2+比聚乙烯中的要高（参考R&D 001）。在有机物（以TOC ppb计）方面， 3天以来聚乙烯溶出的TOC 含量在减少。这表明只要仔细清洗，就可能使PE水箱的有机物溶出达到最少。与其他材料，如FEP (氟化乙丙烯), PFA ， PTFE (聚四氟乙烯), PA ( 聚酰胺 ) , PU ( 聚亚安酯) 相比，PE材料的离子和有机物溶出最少。114. 为什么PE水箱有一个通气口？一个空的PE水箱实际上并不是“空的”，它充满了空气。注水过程中，水代替气体。小小的出气口可以排放去气体，避免水箱中的压力过大。取水过程中， 等量的气体进入水箱填补流出的水。这样空气就把水压到取水口。由于在大气压下取水， 水箱中没有压力堆积（pressure buildup）。有一种加压水箱叫气囊水箱（bladder tank）; 内装一个膨胀的与亚举定西横膈膜（气囊内胆）。泵往水箱的进水口送水。泵工作时，进水撑开横膈膜（气囊），取代气囊中的气体的位置。水箱中注满水的时候，在水箱里面形成气囊中的空气压。气压控制水压。当气压达到上限时，控制开关关闭泵。一旦关闭泵，卸压阀就打开，保护系统。打开取水口，气囊就会反应，水箱中的气压下降。当气压达到下限时，控制开关会再次启动泵，再次给系统加压。5. 为什么水箱从下面往上注水？PE水箱从下往上注水。这样可以避免溅起水花。只要水中有一点点细菌，他们就有可能借此而覆着在水箱的内壁，在水箱内表面形成菌膜。6. 如果用肥皂水清洗了水箱，我们如何确定水箱中无TOC？水箱中的TOC会增加储存水的TOC水平吗？可以使用无泡肥皂水进行水箱的常规清洗。水箱可以每个月清洗一次，以防水箱内部积累灰尘、污垢。使用 1% , 1 N , HNO3 (硝酸) 能去除清洁剂，之后需用大量纯水冲洗。 这样子就可以保证不会有有机物（来自表面活性剂/肥皂）进入到超纯水系统中。建议使用苛性苏打（而不是氯）清洗水箱以去除菌膜。氯会和水箱的塑料材料反应。NaOH 是一种能有效去除热源，菌膜和细菌的化学物质。7 Millipore 纯水储存箱杀菌后之残留药物检验方法？因Millipore 建议使用NaOH(氢氧化钠)为水箱杀菌，在杀菌状态下酸碱值会在11.5左右，但经过两次连续的进水/放水之后，检查酸碱值，如低于7以下，则符合USP24 (stage 3)的纯水规范，证明无残留物。实际上，NaOH的使用会有两种影响, 一是Na+, 一是酸碱值(OH)。 当使用者取用超纯水，18.2M的仪表显示足以证明Na+的浓度已降至1ppb（0.01）以下，而酸碱值则可轻易的利用pH meter 来检测，实际上空气中的二氧化碳溶于水中所产生的H+足以平衡OH-所产生的影响，并能呈现酸碱值低于7的状态。1214（超）纯水系统维护1. 为什么建议在纯水系统停用期间冷藏纯化柱？离子交换柱是一种半水化的形式 . 如果不冷藏，树脂可能脱水。一旦离子交换柱脱水，其离子交换能力失效。有时细菌会残留在树脂颗粒中。在正常室温下残留下来的细菌会滋生扩散而堵塞整个柱子。 防止细菌滋生的一个办法就是冷藏法。因此，储存期间，建议将离子交换柱包好并置于冰箱冷藏（4-8C）。2. 如何清除聚乙烯PE管路中的细菌？如果查明PE管路中确实有细菌，可以3种处理方法：用水冲洗PE管路。120高温灭菌20分钟。或者更换PE管路。3 多长时间清洗一次反渗透膜？如果是因为反渗透膜被阻塞而需要清洗，那么用两种清洗剂（清洗剂A和清洗剂B）可以解决绝大多数问题。把袋装的化学试剂送入消毒口，然后启动清洗循环（持续90分钟），清洗循环结束后，系统自动进入待机（Stand By）模式。此清洗循环操作不要定期进行，建议当系统的流速明显下降时这表明反渗透膜被阻塞了才进行清洗循环操作。还有一种杀菌用的氯试剂片，也从消毒口投入。它在中性或者酸性液体环境中会生成次氯酸，能有效的杀灭细菌。建议每四周进行一次氯试剂消毒。4. 氯是聚酰胺反渗透膜的天敌。为什么还使用氯来去除RO膜表面的细菌？氯是聚酰胺 RO 膜的天敌。因为氯会氧化聚酰胺的结构，形成膜中的“孔”。这个过程不可逆， 影响RO纯化柱的截流率。 Elix, RiOs系统的进水中氯的含量应该小于3ppm。 自来水中的氯，是由当地相关部门加入用于去除细菌，这可以被Progard柱中的活性炭去除。水中氯的影响:氯与水反应生成次氯酸CL2 + H20- HOCl + H+ +Cl-13低pH值有利于次氯酸的形成。 在较高的pH值环境下，次氯酸分解形成次氯酸根。HOCl - OCl- +H+次氯酸的杀菌能力很强。它可以穿透细胞壁，破坏细胞。次氯酸根比次氯酸的氧化能力强100倍。高pH值可导致氯和RO 膜的氧化反应但不利于灭菌，而低pH值利于灭菌，但不利于RO纯化柱的氧化。水中的氯是由次氯酸钠(NaOCl)带入NaOCl + H20 - NaOH + HOCl随着pH值升高，分解出更多的次氯酸根。 pH值为7.5时，次氯酸和次氯酸根离子的含量相等。pH 值为10时，次氯酸根的含量最高。因此，建议在pH值为7的情况下，清洗RO膜。这样可以保证有足够的次氯酸进行消毒，同时又不会有过多的次氯酸根离子破坏聚酰胺膜。5. 我用去离子水作为Milli-Q Academic系统的进水。问题：我的Millipak每15天要换一次。去离子纯化技术仅仅可除去原水中的离子污染物和一些带电荷的有机物。它并不能除去水中大部分的有机物和颗粒。因此，可能得到低电导率的水，但是颗粒物含量却很高。Millipak最常见的堵塞可能由于颗粒物的填充。解决方法是用RO或者Elix产水代替去离子水，Progard柱能除去3m和1m的颗粒。RO膜能除去99%的颗粒。6 为什么我的Milli-Q Biocel（已经使用了两年）无法提供无RNA酶的水？每隔一段时间，Milli-Q Biocel内置的超滤（UF）膜上截流的热源和细菌会形成菌膜，变成污染源。因此，定期的对超滤（UF）柱进行卫生处理非常重要。建议每四周进行一次这样的卫生处理。7. 怎样除去UF柱上的热源？UF柱在常规的应用中可能会不断被进水中的胶体和颗粒污染物所污染，从而降低产水流速。清洗可以恢复流速，如果无效，就需要从机器里取出UF柱，按下面步骤清洗：按40 克NaOH (药片)：1升Milli-Q 进水的比例配制1N的NaOH溶液取下UF柱，在溶液中浸泡至少12小时。重新安装UF柱，断开通往终端过滤器的出水管，取下终端过滤器，打开三通阀。冲洗柱子至少5分钟，打开，关闭UF柱上的冲洗阀直到产水的pH小于7。当所有的氢氧化钠被冲洗掉后，使系统返回正常操作状态。8. 为什么 Mill-Q Biocel / Synthesis中的 UF柱清洗时不需要消毒药片?氯对热源没有任何影响，因而不需要清洗UF膜。事实上，已经证明氢氧化钠是一种能有效地去除菌膜和热源的化学物质。149 如何控制纯水系统中的微生物数量?在水箱中，运输管路中纯水的水质越高越好。要定时更换耗材（因为微生物极易在耗材表面滋生）。值得注意的是，10以下的各种filter及membrane都能捕捉微生物，但无法杀死微生物，可能会导致微生物泛滥，影响下有水质。 紫外灯务必要定期更换，以防止菌膜（biofilm）的生成。尽量让纯水系统工作4小时/天以上，系统应具备内部清洗(Flush),消毒，循环等功能，系统使用材料应为低化学溶出物，无死角且表面光滑。15纯水应用常见问题21 纯水应用1. 什么样的水可以用于水栽培？水栽培是一种使用人造载体（沙，砾，矿毛绝缘纤维，泥煤苔、椰壳、锯屑）将植物固定在营养液（含有肥料的水）的一种培育方式。水栽培植物的根没有其他的支持物， 聚合系统是采用固体支撑物。水中含有过多地钙，镁元素（“总硬度”）会有严重不良影响。因而建议在水栽培中使用经过预处理，或纯化的水。而氯不会在这个应用造成很大影响，因为其高挥发性，一碰到空气就蒸发。当营养液输送到根部的时候，氯已经挥发掉了。大体上，可以将室内培育用的水分为3大类 1 类水可满足所有要求。 2 类水可用于底土层或土壤， 但是不适合应用营养膜技术的作物。 3类水最差，甚至不能用于对盐类敏感的作物。水质分类类别电导率(Ms/cm)钠 (PPM)氯化物(PPM)硫酸盐 (PPM)10.5305010020.5 - 1.030 - 6050 - 100100 - 20031.0 - 1.560 - 90100 - 150200 - 300有些水中的一些元素如铁，锌，镁含量高，这种情况下，应考虑它们的影响。 应尽量避免水中有50ppm的钠或者70ppm的氯，两者一结合，浓度高达两倍。不经过纯化/过滤，不能往这种水中添加营养液。水质对植物根区的平衡很重要。植物的根系和生长基就像是去除多余元素和不溶解物的过滤器， 这些不溶解物常出现在源水中，营养级别低，能聚集大量元素，甚至达到中毒的水平。2. 溶离度试验要