无菌实验室的纯水系统

在当今的无菌实验室中，水环境作为绝大多数无菌实验室的最基本环境，在无菌实验室占的地位非常重要,水质往往决定了很多实验结果的真实性,可重复性,对实验来说,通常要求纯水中的杂质元素和化合物的浓度在 ppb 级甚至更低。在无菌实验室科学研究领域，所关心的纯化起始点是自来水，如果实验室中已有蒸馏水、去离子水或反渗透水，那就只注重超纯化的过程。

无菌实验室纯水系统是一种生产纯度极高的水，是指将水中的导电介质儿乎完全去除,同时把不离解的气体,胶体以及有机物（包括细菌）也去除至很低程度的水。其电导率一般为 0.1-0.055 μS/em,电阻率(25℃)>10x1060/cm ,含盐量<0.1mg/L,理想纯水（理论上）为 0.055μS/em,电阻率（25℃）为 18.3x1060/em。

1.水的纯化方法及联合应用

在医学无菌实验室,如生化室、细菌室、细胞室,免疫室、血液室等地方要用到纯水。

无菌实验室的纯水可通过下列方法制备，超纯水要综合使用多种技术手段才能完全符合指标。

1.1 蒸馏法

蒸馏法是一种传统的方法，也是常用的将饮用水制造成纯水的方法。该方法依据蒸馏的次数分为单蒸、双蒸和三蒸，水的纯度随蒸馏的次数增加而提高。

蒸馏法的优点是方法简单，制备仪器一次性投资小，缺点是能耗比较大，产水纯度有限，产量有限。

1.2 过滤法

该方法一般先采用预过滤的方式去除水中大颗粒杂质及泥沙，再采用粗过滤棉芯及细过滤棉芯过滤，最后采用反渗透技术，反渗透（RO）膜通常用于滤除直径 1mm 的污染物，典型的反渗透方式可以滤掉水中 90%的离子污染、大部分有机污染物和几乎全部微粒污染物。反渗透对分子量小于 100 道尔顿的非离子污染物的去除能力较低，而随污染物分子量的增加，RO 膜的滤除能力也随之增加。理论上说，这种方式可以 100%滤除大于 300 道尔顿分子量的分子和包括胶体及微生物在内的颗粒，溶解的气体则无法去除。

反渗透过程中，进水在一定压力下（通常为415har，60220psi ），从 RO 膜的进水面以切向流的方式被泵人。RO 膜一般是很薄的聚酰胺膜，它在较宽的 PH 值范围内很稳定，还可能会被氧化剂，如市政供水中的氯所破坏。用于进水预处理的微孔深层过滤器和活性炭过滤柱，通常用于保护 RO 膜不被大型颗粒、重金属和游离氯破坏。进水一般有 15%—25%生成反渗透水，截留在上游的是浓水，含有大部分盐、有机物和几乎全部颗粒。反渗透水量和进水量的体积比叫产水率。

水纯化系统中 RO 膜的性能通常通过测定离子去除率进行监控，它是进水和出水电导率的差值除以进水电导率所得的百分比。离子去除率和产水率随进水水质、进水口压力、水温和 RO 膜的状态而定。

由于其出色的纯化功效，反渗透是一项对去除绝大部分杂质非常有效的技术。不过，其产水速度相对较低，所以使用时通常配以储水箱暂存产成水以备使用或进一步纯化。反渗透装置保护后续系统免受胶体和有机物的堵塞或污染，其后续系统通常配备离子交换或电渗析装置。要了解反渗透法除盐原理，先要了解“渗透”的概念。渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐类的水，如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现，含盐量少一边的水分开透过膜渗到含盐量高的水中,而所含的盐分并不渗透，这样，逐渐把两边的含盐浓度融和到均等为止。

（1）预滤。孔径在 5—8μm 以上的材料实施的过滤称为预滤，此手段主要应用于纯水仪器的进水端以去除自来水中的大颗粒杂质。

（2）超滤（UF）。截留分子量 5000 道尔顿的连续过滤方式称为超滤。其主要用于生物大分子的纯化或杂质去除。在超纯水仪中此手段主要是为去除超纯水中的核酸酶、内毒素等生物大分子，以满足生物学实验对超纯水的严格要求。

（3）微滤（MF ）。孔径在 0.1μm、5μm或 8μm之间的材料实施的过滤称为微滤。应用此手段是为了去除纯水中的微粒和微生物体，可以有流路在线型微滤器或出水口微滤器。

1.3 吸附法

吸附法是指应用活性炭具备的高孔隙率的特点吸附去除部分微生物、游离氯等杂质。

1.4 光氧化法

光氧化利用 185nm 或/和 254 nm 的紫外线对水中的微生物进行杀灭、氧化分解，从而控制超纯水的总有机碳（TOC）水平。

1.5 离子交换法

随着工业生产水平的不断提高，离子交换树脂也在更新换代，它可以与其他几项技术手段结合产生出电渗析这种可在线再生的离子交换方式。

1.5.1 经典的离子交换（SDI)

一般阴阳离子分别放置在不同的容器内，经过一段时间的使用基本处于饱和状态，这时可以进行脱线再生。经过此种手段产出的去离子水的纯度大约为1MQ/cm。

1.5.2 核子级树脂的离子交换

这是目前为止离子交换树脂产品中最高效的一种，纯水经过它的处理就可以达到 18.2M G2/cm 的Ⅰ级超纯水。在超纯水仪中，将核子级的阴阳离子交换树脂混合填装在一个容器内使用，它是一次性的，不可以再生利用。

1.5.3 电渗析（EDI）

这是一种综合了离子交换、离子选择性通过膜和电场作用下可即时再生的离子交换方式。电渗析的方法是离子交换法的升级版。

该项技术的最大优点是，理论上没有消耗性材料；但它的缺点是一次性投资较大且 EDI组件对进水中的重金属等离子有较高的纯度要求，否则极易中du，在电场作用下，无法再生出活性离子交换树脂，只好换 EDI 组件。EDI 使用的真正意义在于对认证有强烈要求的制yao厂等企业，可以保证连续生产。在实验室领域。采用 EDI模块产水,会导致购买成本的增加,并不是最有效的选择。作为离子交换,水在离子交换树脂中的流程越长，交换效果越好。中净环球净化可提供微生物实验室、洁净厂房、无菌室的咨询、规划、设计、施工、安装改造等配套服务。

（1）采用离子交换方式，其流程如下：原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→阳性树脂过滤→阴性树脂过滤→阴阳树脂混床→微孔过滤器→用水点（或储水箱）

（2）采用两级反渗透方式，其流程如下：原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→—级反渗透→ PH 调节→中间水箱→二级反渗透→纯化水箱→纯水泵→微孔过滤器→用水点

（3）采用 EDI 方式，其流程如下：超纯水设备原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→—级反渗透机→中间水箱→中间水泵→ EDI 系统→微孔过滤器→用水点

（4）原水→多介质过滤器→活性炭过滤器→软化水器→中间水箱→低压泵→ PH 值调节→高效混合器→精密过滤器→高效反渗透→中间水箱— EDI水泵→ EDI 系统→微孔过滤器→用水点

1.6 纯化技术的联合应用

无菌实验室纯水或超纯水供应商，往往采用多个手段组合以实现自来水向无菌实验室要求的高纯度水的转化。

2. 无菌实验室纯水的分级

无菌实验室纯水可分为三个常规等级：纯水、无菌实验室Ⅱ级纯水和无菌实验室Ⅲ级纯水。

2.1Ⅲ级纯水的物理纯度一般为小于50μs/cm，单蒸水、双蒸水、普通去离子水和反渗透水都属于此级别，一般由自来水纯化制备而成。Ⅲ级纯水的主要用途是清洗器皿、高压消毒装置用水、人工环境适用水及超纯水仪器供水等。

2.2Ⅱ级纯水常用 5-15MQ/cm 表示，也可以将 1~17MQ2/cm 范围均认为是Ⅱ 级纯水，Ⅱ级纯水一般是将Ⅲ级纯水再经过离子交换或电渗析而制成。它主要用于一般试剂的配制，普通化学实验用水及给超纯水仪供水。

2.3  Ⅰ 级超纯水是指物理纯度大于 18MQ/cm 的水，电阻率为 18.2M Q/cm是1级超纯水的指标。Ⅰ级超纯水是由Ⅲ级或Ⅱ级纯水经核子级离子交换树脂再纯化而来，它主要用于高精密度的分析实验和对水纯度要求很高的生命科学实验。

3. 无菌实验室纯水的供应模式

无菌实验室纯水供应模式分为中央供应模式和分散供应模式两种。

3.1，中央纯水供应模式

中央纯水供应模式是指集中设置纯水生产装置，无菌实验室用水通过供水管道输送到各个无菌实验室用水点，无论是单个无菌实验室还是一栋实验楼，实现从无菌实验室用水点的纯水龙头直接获取无菌实验室纯水或超纯水。

中央纯水供应模式优点：

（1）运行成本低，管理集中。

（2）集体使用，不存在机器闲置可能。

（3）产量大，用水采用管网化，同一实验室多点取水。

中央纯水供应模式缺点：系统必须保证长期安全运行，否则存在断水风险

3.2 分散纯水供应模式

分散纯水供应模式是指实验室各用水位置设置纯水机或成品水。

分散纯水供应优点：仪器有单独的使用权，使用率高。

分散纯水供应缺点：

（1）运行成本高，管理分散，消耗成本相对较高。

（2）有立式桌面定点安装，定点取水，机型产量小，流量小，工作效率低。

（3）若每个实验组单独购买，业主在该类产品上的投资总额非常高，可能会

因每个实验组工作情况不同而导致空置率提高，不利于投资效率极大化

（4）水质不一样。

随着无菌实验室装备的发展，无菌实验室供水的管网化与集中化已成为大型实验楼纯水供应的发展方向。

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