В областта на лабораторните операции качеството на използваната вода може значително да повлияе на експерименталните резултати. Дейонизираната вода, свободна от повечето йонни замърсители, е основен елемент в различни лабораторни приложения, от химически анализи до клетъчни култури. Като водещ доставчик на лабораторни устройства за дейонизирана вода, често ме питат за процеса на пречистване, който използват тези устройства. В тази публикация в блога ще навляза в тънкостите на процеса на пречистване в лабораторен модул за дейонизирана вода, хвърляйки светлина върху технологиите и включените стъпки.
Етап преди лечение
Пътуването на пречистването на лабораторната дейонизирана вода започва с предварителна обработка. Този етап е от решаващо значение, тъй като помага за защитата на по-чувствителните и скъпи компоненти за пречистване надолу по веригата.
Седиментна филтрация
Първата стъпка в предварителната обработка е филтрирането на утайката. Водата от източника, която може да бъде чешмяна, често съдържа големи частици като пясък, тиня и ръжда. Седиментен филтър, обикновено изработен от материали като полипропилен, се използва за улавяне на тези частици. Размерът на порите на филтъра за утайки може да варира, но обичайните размери варират от 1 до 50 микрона. Чрез премахването на тези големи частици филтрирането на утайки не само предотвратява запушването на следващите филтри, но също така удължава живота на други компоненти за пречистване.
Филтриране с активен въглен
След филтриране на утайката, водата преминава през филтър с активен въглен. Активният въглен има голяма повърхност с множество пори, което му позволява да адсорбира широк спектър от органични съединения, хлор и някои тежки метали. Хлорът, който обикновено се добавя към общинските водоснабдителни системи като дезинфектант, може да повреди йонообменните смоли, използвани в по-късните етапи на дейонизацията. Филтърът с активен въглен ефективно премахва хлора чрез процес, наречен адсорбция, при който молекулите на хлора се придържат към повърхността на въглерода. Освен това може да намали нивата на органични замърсители като пестициди, разтворители и хуминови киселини, които могат да попречат на лабораторните експерименти.
Етап на дейонизация
След като водата е преминала предварителна обработка, тя навлиза в етапа на дейонизация, където повечето йонни замърсители се отстраняват. Има два основни метода за дейонизация, които обикновено се използват в лабораторни модули за дейонизирана вода: йонообмен и електродейонизация (EDI).
Йонообменни смоли
Йонообменът е добре установен метод за дейонизиране на вода. Това включва използването на йонообменни смоли, които са малки перли, направени от полимерна матрица със заредени функционални групи. Има два вида йонообменни смоли: катионобменни смоли и анионобменни смоли.
Катионообменните смоли са отрицателно заредени и привличат положително заредени йони (катиони) като натрий (Na⁺), калций (Ca²⁺) и магнезий (Mg²⁺). Когато водата преминава през слой от катионобменна смола, катионите във водата се обменят с водородни йони (H⁺) върху смолата. Например, когато калциев йон (Ca²⁺) във водата влезе в контакт с катионобменната смола, той измества два водородни йона (H⁺) и се свързва със смолата.
Анионообменните смоли, от друга страна, са положително заредени и привличат отрицателно заредени йони (аниони) като хлорид (Cl⁻), сулфат (SO₄²⁻) и карбонат (CO₃²⁻). Когато водата преминава през слой от анионобменна смола, анионите във водата се обменят с хидроксидни йони (OH⁻) върху смолата. Например, хлориден йон (Cl⁻) във водата ще измести хидроксиден йон (OH⁻) и ще се свърже с анионообменната смола.
Водородните йони (H⁺) от катионобменната смола и хидроксидните йони (OH⁻) от анионобменната смола се комбинират, за да образуват вода (H₂O). В резултат на това водата, напускаща слоевете с йонообменна смола, има значително намалена концентрация на йонни замърсители.
Електродейонизация (EDI)
Електродейонизацията е по-усъвършенстван и непрекъснат метод на дейонизация, който комбинира йонообменни смоли с електрическо поле. В EDI система йонообменните смоли са опаковани между анион- и катион-селективни мембрани. Когато се приложи електрически ток, катионите във водата се привличат към отрицателно заредения електрод (катод) и се транспортират през катион-селективната мембрана, докато анионите се привличат към положително заредения електрод (анод) и се транспортират през анион-селективната мембрана.
Едно от предимствата на EDI е, че може непрекъснато да регенерира йонообменните смоли с помощта на електрически ток, елиминирайки необходимостта от периодична химическа регенерация, както се изисква в традиционните йонообменни системи. Това прави EDI по-екологичен и икономически ефективен вариант в дългосрочен план.
Етап на полиране
След дейонизация водата все още може да съдържа следи от замърсители или да има леко повишена проводимост. Етапът на полиране е проектиран да подобри допълнително качеството на водата, за да отговори на изискванията за висока чистота на лабораторните приложения.
Смесени йонообменни смоли със слой
Обща техника за полиране е използването на йонообменни смоли със смесен слой. Смолата със смесен слой съдържа както катионни, така и анионобменни смоли в един съд. Чрез смесването на двата вида смоли, водата влиза в контакт едновременно с катионни и анионобменни места, което позволява по-ефективно отстраняване на оставащите йонни замърсители. Смолите със смесен слой могат да постигнат много ниски нива на проводимост, често под 0,1 μS/cm, което е подходящо за приложения като високоефективна течна хроматография (HPLC) и експерименти с молекулярна биология.
Ултрафилтрация и нанофилтрация
В някои случаи в етапа на полиране могат да се използват ултрафилтрационни (UF) или нанофилтрационни (NF) мембрани. Ултрафилтрационните мембрани имат размери на порите от 0,001 до 0,1 микрона и могат да отстранят по-големи молекули, колоиди и някои микроорганизми. Нанофилтрационните мембрани имат още по-малки размери на порите, обикновено между 0,001 и 0,01 микрона, и могат да премахнат по-широк спектър от замърсители, включително двувалентни йони и някои органични съединения. Тези мембрани могат да осигурят допълнителен слой на пречистване, гарантирайки, че водата е свободна от всякакви останали частици или макромолекулни замърсители.
Мониторинг и контрол на качеството
По време на процеса на пречистване е от съществено значение да се следи качеството на дейонизираната вода, за да се гарантира, че отговаря на изискваните спецификации. Общите параметри, които се наблюдават, включват проводимост, съпротивление, общ органичен въглерод (TOC) и микробно число.
Проводимостта е мярка за способността на водата да провежда електрически ток, което е пряко свързано с концентрацията на йонни замърсители във водата. Съпротивлението е реципрочната стойност на проводимостта и често се използва за изразяване на чистотата на дейонизираната вода. Дейонизираната вода с висока чистота обикновено има съпротивление от 18,2 MΩ·cm при 25°C.
Общият органичен въглерод (TOC) е мярка за количеството органичен въглерод във водата. Органичните замърсители могат да попречат на много лабораторни процеси, така че е важно нивата на TOC да се поддържат ниски. TOC анализаторите се използват за непрекъснат мониторинг на съдържанието на TOC в дейонизираната вода.
Микробният брой е друг критичен параметър, особено за приложения като клетъчни култури и микробиология. Лабораторните модули за дейонизирана вода могат да бъдат оборудвани с ултравиолетови (UV) лампи или мембранни филтри за намаляване на микробното натоварване. Провеждат се и редовни микробни тестове, за да се гарантира, че водата не съдържа бактерии, гъбички и други микроорганизми.
Нашите лабораторни модули за дейонизирана вода
В нашата компания предлагаме набор от висококачествени лабораторни модули за дейонизирана вода, за да отговорим на разнообразните нужди на лабораториите. НашитеЦентър - Система за дейонизирана вода от серия EDIизползва усъвършенствана технология за електродейонизация, за да осигури непрекъснато снабдяване с дейонизирана вода с висока чистота. Подходящ е за средни до големи лаборатории с висока консумация на вода.
TheMaster - Система за дейонизирана вода серия Qе предназначен за лаборатории, които изискват най-високо ниво на чистота на водата. Той съчетава множество технологии за пречистване, включително йонообмен, EDI и смоли със смесен слой, за да произвежда вода с изключително ниска проводимост и нива на TOC.
За лаборатории с ограничен бюджет или с по-ниско търсене на вода, нашиятСистема за дейонизирана вода Eco - серия Qпредлага ценово ефективно решение без компромис с качеството на водата. Той използва йонообменни смоли за дейонизация и осигурява надеждна работа за различни лабораторни приложения.
Заключение
Процесът на пречистване в лабораторна единица за дейонизирана вода е многоетапен процес, който включва предварителна обработка, дейонизация, полиране и мониторинг. Всеки етап играе решаваща роля за премахване на различни видове замърсители и гарантиране, че дейонизираната вода отговаря на изискванията за висока чистота на лабораторните приложения. Като доставчик на лабораторни модули за дейонизирана вода, ние се ангажираме да предоставяме на нашите клиенти най-добрите продукти и решения в своя клас. Ако се интересувате да научите повече за нашите лабораторни модули за дейонизирана вода или имате някакви въпроси относно пречистването на вода, моля не се колебайте да се свържете с нас за подробна дискусия и да проучим опциите, които най-добре отговарят на вашите лабораторни нужди.
Референции
- AWWA Качество и обработка на водата: Наръчник за водоснабдяване на общността, 6-то издание.
- „Принципи на пречистване на водата“ от Дейвид У. Хендрикс и Дейвид Л. Седлак.
- „Пречистване на вода за лабораторна употреба“ от Pall Corporation.
