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技術Q&A

超純水技術

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Snowpure的EDI模塊消毒程序為何?

傳統離子換床(DI)最簡單、最實用的消毒技術是對樹脂進行分離和再生。在強酸和強鹼條件下,可以殺滅和清除細菌群體。

 EDI模組在加電時不斷地分解水分子,在特定的地方產生高pH區和低pH區。這些極端pH值區被認為是在EDI模組內部創造了一個特定的生物環境,尤其是在產水側,它們是非常關鍵。

 關於這個主題的研究已於1990年由Millipore出版。他們發現,一個週期性消毒的RO-EDI系統細菌和內毒素的數目並不是很多,EDI流出的數目與進水相似。如果原先實行的消毒制度停頓三個月,濃水流中細菌的數目就要增加,但是產水中就不會出現這種現象。他們的結論是,在EDI模組中最關鍵的產水一側,這些pH值確實扮演著創造特定生物環境的重要角色。

 按照Snowpure公司的觀點,最好的消毒方法是保持單元能夠正常工作。在這種模式中,細菌群體不會增長,尤其是在產水側。

 

EDI模組的消毒:

對EDI的消毒並沒有一個非常理想的方法。消毒劑中常常含有氧化劑、離子或有機物。有機消毒劑需要較長的時間來沖洗以將TOC降低到可以接受的水平。離子消毒劑需要執行隨後的清洗消毒再生程式。氧化劑能夠縮短模組的使用壽命,主要是氧化了樹脂和膜。

定期消毒是眾多方法中的一個。我們建議:

1.在現有的RO系統中使用「過氧化氫」如使用Minntech12生產的Minncare消毒劑。使用低濃度Minncare0.1%的藥劑大約1小時,最好是循環使用。

2.如果細菌有害且持久,可以儘量小心的使用Minncare1%的濃度劑1小時(經常重複使用會氧化EDI樹脂)。

3.使用100ppm(20%)的RoCideTMDB-2013,14藥劑約1小時。

4、使用200ppm的RoCideTMDB-20(Avista生產)藥劑6小時對於有害和持久的細菌群均有效。

 

其它的消毒注意事項:

我們知道了哪種化學試劑能夠預防細菌的生長而不會對離子交換(DI)系統構成傷害。雖然如此,在某些方面還是會造成影響,這一點要引起注意。

  • 0.1%的Minncare過氧化氫/過醋酸對模組的運行有利。要仔細認是可以使用在純化水系統中的。
  • 20%的丙烯乙二醇+1%的Triton X-100tm表面活性劑將會阻止細菌的生長,但是對長期存放造成的影響目前還不是很清楚,這還會耗費較長的時間來沖走TOC。
  • 有機殺菌劑(如:AvistaTechnologies生產的DB-20)也能起到很好的作用,但是一般不被允許使用在純化水系統。
  • 甲醛對樹脂床的消毒很有用,但是它是一種致癌物。
  • 應避免使用氧化性試劑,以免損壞模塊。
  • 避免使用熱水消毒(65-80oC),因為這會損壞基本形態為OH-的陰離子樹脂和離子選擇性膜,除非模塊是HTS型。

Snowpure的EDI模塊再生程序為何?

不論是什麼時候,當運行後由於離子耗盡了內部樹脂的交換容量之後,模組就需要再生。這種情況可能發生在清洗過程、模塊長期停運中、當模組的工作電壓過低或者沒有加電的時候。再生程式在設計上用來將多餘的離子排出,並且使模組在穩定狀態下工作。

再生程式靠在短期內改變工作參數(進水離子減少、電壓驅動力增加)將多餘的離子驅逐到模組之外。多餘的離子由淡水室遷移到濃水室,濃水室的離子濃度將顯著增加。

 

模塊型號

再生淡水流量gpm(m3/hr)

再生濃水流量gpm(lph)

再生回收率(正常運行為90%)

再生電壓(VDC)

XL-100R

0.25(0.05)

0.05(10)

80%

60

XL-200R

0.5(0.11)

0.10(25)

80%

120

XL-300R

1.5(0.35)

0.30(70)

80%

200

XL-400R

3.0(0.7)

0.50(120)

85%

250-300

XL-500R

6.0(1.3)

1.0(220)

85%

350-400

XL-500RL

7.0(1.6)

1.32(300)

85%

350-400

EXL-600R

13.2(3.0)

2.33(530)

85%

350-450

EXL-700R

17.6(4.0)

3.10(700)

85%

350-500

 

1.將主進水流量按上面的設置進行設定(這是各種型號模組的下限)。將濃水流量按上面的設置進行設定(進水流量的15~20%)。這樣回收率為85~80%。將極水流量調到正常水準10~301ph(0.05~0.15gpm)。將電壓升到上面的設定值,或者將電源調整為「電流控制」模式,將電流設置到正常工作電流的150%-200%,運

行模組,這時濃水中的TDS將非常高。

2.當濃水的TDS降到約100ppm(200μS/cm)或者更低時,將濃水的流量降至上面設置的1/2,其它設置不變,將會使濃水中的TDS含量加倍。

3.當濃水中的TDS降到約80ppm(160μS/cm)時,將主進水流升到標準流量,其它設置保持不變。運行單元一(1)小時。

4.運行一小時之後,將電源調整為「電壓控制」模式,將電壓重新調到正常的工作值(非常重要)。將濃水調到正常流量(進水的10%),極水流量在整個程序當中始終保持不變。

5.在這些設置下運行單元:模塊應該能夠完全再生,產品水質量應該恢復正常。

注意:以上只是一個大概的指導。您可能還需要對一些參數進行改變,以成功地再生。

菌膜對超純水用水水質會有什麼樣的影響?

如果微生物在水中的含量過高,雖然在超純水系統的設計中,會使用最終過濾器(0.2μm)來做有效防堵,但其代謝產物如內毒素,分解性酵素(DNase,RNase,Protease)及其他不確定的有機物等,會使生命科學實驗增加不必要的不確定性,而影響到實驗的再現性。

超純水系統中要如何防止微生物的繁殖呢?

  1. 儘量確保在純水儲槽及管線中的純水水質,因為水質纯度越高則越不易長菌。
  2. 耗材要在合理的時間之後更換,用微生物的術語來說,避免使微生物的growth phase 從lag phase 進入到log phase,否則微生物數量會失控(通常耗材表面積佔純水整體表面積的98%以上,所以耗材是在純水系統中提供大量微生物孳生所需要之表面積之元兇)。
    注意一:通常10μ以下之各種filter及membrane都能捕捉到微生物。
    注意二:無管殼耗材通常可免除管殼上殘留微生物污染問題,管理上比有管殼耗材來的好。
  3. 系統每天的運作時間要足夠,最好能在4小時/天以上,並且最好具備內部清洗(Flush)、消毒,循環等功能。 
  4. 水質檢測功能要正常並準確,最好能定期做校驗。 
  5. 系統使用材料儘量選擇低化學溶出物,流路無死角並且表面光滑。
  6. 紫外線燈管一定要定期更換,否則非常容易長菌膜(biofilm)。
  7. 機台操作環境要儘量保持衛生、通風、無塵,單體及流路標示清楚,建立維修保養記錄簿,建立責任制及緊急聯絡人,並定期記錄所有水質狀況. 
  8. 微生物採樣方法要正確,培養方法也要正確。

超純水可以應用在哪些領域?

1.洗滌用水:
絕大部分實驗室利用 RO 水做洗滌,若需要更乾淨時,再利用超純水做最後洗淨。
電子業會利用超純水以上等級純水洗滌精密結構。

2.大量用水
例如酒精、大量緩衝液配置,也會利用 RO水

3.一般生化實驗及臨床檢驗
建議用超純水來製備試藥或標準液。

4.儀器分析用水
HPLC 相關實驗需要低有機物背景的超純水,
ICP/MS 相關實驗需要低離子背的超純水。

5.細胞培養尤其動物細胞幹細胞相關實驗,需要低熱源、內毒素的超純水

6.分生/ PCR 相關實驗,需要同時降低有機物及高分子( 酵素)的背景值,
   以利實驗進行。

為何超純水不宜存放在純水貯槽中?

純水儲槽本身就是嚴重的污染源:微生物 / 內毒素 /有機物 / 無機鹽類 / RNase / DNase等。任何方式的貯存,除了會有容器本身造成的污染外,開放下(open air)的灰塵/揮發性有機物/微生物等污染是無法抗拒的,並且污染程度與時間成正比關係。
久存的超純水,TOC(有機物)及微生物也都會有快速升高的隱憂,所以建議當使用超純水時,還是希望能夠「現取現用」最好!!

高壓滅菌超純水有何副作用?

如果將超純水做高溫滅菌(autoclaving)其正面效益是徹底殺菌,並能降低部分污染性酵素的活性, 但負面效應包括:
a.離子濃度增加(阻抗值不如逆滲透水)並有硼酸鹽污染的疑慮 (污染源來自於Pyrex玻璃的主成份注)。
b.高壓滅菌後的有機物污染會升至50ppb以上。
c.不怕高壓滅菌的內毒素濃度會因微生物的分解而升高。
d.水中的懸浮顆粒會升高。

超純水為何不能隔夜儲存?

超純水(二次水)不能隔夜儲存的四大理由

1.隔夜後18.2MΩ.cm的超純水電阻抗值會掉至1MΩ.cm,主要是空氣中二氧化碳溶解後造成的碳酸根離子濃度使得水質變差。

2.pH下降也是由碳酸造成,pH會在隔日降到5.7以下。

3.超純水中有機物濃度會增加,會從標準的10ppb在隔日後升到30ppb以上,原因有二,一是來自於超純水所接觸的空氣, 一是所接觸的容器材質。

4.容器的微生物 (十億級) 污染,也造成其代謝物或生成物的污染,如內毒素(endotoxin), RNase,DNase或其它微生物來源的酵素。

如何檢測超純水水質的好壞?

基本上,檢測超純水的pH是無法証明水質好壞,在二氧化碳可影響的pH範圍內(pH 7→pH 4.5),任何pH讀值僅能表示二氧化碳溶解及碳酸解離的程度,除此之外,不代表任何意義。以不接觸空氣的On-line方式,檢測超純水的導電度,是最準確並最穩定的做法,可由實驗及化學計算來証明,18.2MΩ.㎝的水,其陰/陽離子總量必定低於1 ppb(請參考附錄1),足堪水質指標了。

為何實驗室的超純水要現取現用?

1.導電度會持續升高,通常,在一小時之內,導電度會由0.055μS/㎝ (18.2MΩ.㎝)升高到0.25μS/㎝以上(4MΩ.㎝以下),過程中水中總離子濃度提高到4.5倍以上。

2.pH會從7(中性)開始持續性的下降,大約在一小時以內,pH值會降至5.7,並還會緩步下降至4.7左右(約需兩天),鮮有例外。

由上述現象看來,超純水是要現取現用的,任何方式的久放,除了會有容器造成的污染,及開放下(open air)的灰塵/揮發性有機物/微生物等污染外,二氧化碳造成的導電度上升,pH下降是無法抗拒的。

電子工業製備超純水有哪些方式?

電子工業製備超純水的工藝大致分成以下3種:

1、採用離子交換樹脂製備電子工業超純水的傳統水處理方式,其基本工藝流程為:原水→多介質篩檢程式→活性炭篩檢程式→精密篩檢程式→中間水箱→陽床→陰床→混床(複床)→超純水箱→超純水泵→後置保安篩檢程式→用水點

2、採用反滲透水處理設備與離子交換設備進行組合製備電子工業超純水的方式,其基本工藝流程為:原水→多介質篩檢程式→活性炭篩檢程式→精密篩檢程式→中間水箱→反滲透設備→混床(複床)→超純水箱→超純水泵→後置保安篩檢程式→用水點

3、採用反滲透設備與電去離子(EDI)設備進行搭配製備電子工業超純水的的方式,這是一種制取超純水的最新工藝,也是一種環保,經濟,發展潛力巨大的超純水製備工藝,其基本工藝流程為:原水→多介質篩檢程式→活性炭篩檢程式→精密篩檢程式→中間水箱→反滲透設備→電去離子(EDI)→超純水箱→超純水泵→後置保安篩檢程式→用水點

電離離子法是那兩種制水方法的組合,分為多少個過程?

電滲析+離子交換兩種制水方法的組合。當原水進入直流電場時,發生離子遷移、離子交換。

實驗用純水的國際標準?

      在美國各種行業中,已經對「用水、排放水、試驗用水」所用的水質加以設計、規定。關於微量成份試驗,一定要使用 ASTMCAP type 1 等級的水才可以。 關於被分析的項目,由於一般檢測水中污染物質都需要花費很多時間,相當缺乏效率。可以用 "即時顯示" 的「比阻抗值」與「TOC 值」作為水質是否可以作為實驗用水的分析指標。

ASTM / CAP / NCCLS / USP 實驗室用水標準

項目

種類與含量

ASTM type1

CAP type1

NCCLS type1

USP WFI

導電率 μS/m(25°C)

0.055以下

0.055以下

0.055以下

1.3以下

全有機體碳含量 &µg/L

1以下

0.5以下

0.2以下

500以下

微生物 CFU/ml

0.5以下

0.5以下

0.1以下

0.1以下

矽酸鹽 &µg/L

3以下

50以下

5.0以下

2.5以下

氯離子化合物 &µg/L

10以下

2以下

1以下

1以下

硫酸離子 &µg/L

10以下

2以下

1以下

1以下

可以依試驗方法不同來選擇檢測項目。此外,若試驗方法對使用水質另外規定時,應依規定進行。

純水與超純水有哪些差異?

      「純水」、「超純水」雖是實驗用水的名詞,卻無法明確表示水的純度。

      將水中的導電污染物質去除到比阻抗值達 18.2MΩcm at 25°C 時,就稱為「超純水」。在此必須注意的是,比阻抗值只是代表水中無機鹽類的含量,但並不能表示不含其它種類的污染物質。 也就是稱為「超純水」的水,還是可能含有不確定量的有機物、微粒子、微生物等污染物質。因此必須同時使用「比阻抗值」與「TOC 值」來評估水質。

      不論以任何純化方法來去除污染物質,若無法達到 18.2MΩcm 的水,都稱為「純水」。

      例如「離子交換樹脂水」、「蒸餾水」、「逆滲透水」等,都屬於純水。

      「蒸餾水」與「逆滲透水」這一類的純水,由於純化速率較慢,都必須使用純水儲槽儲存後再供使用, 因此被純化的水,在貯存過程中卻可能受到貯存器材的材質、混雜在空氣中的污染物與微生物的污染,造成水質的降低。

      所以所謂的「純水」也無法代表一定會有很好的品質,其水質會因為純化方法與使用環境的不同而有所不同。

      「超純水」的定義:一般指經離子交換樹脂、活性碳、濾膜法去除水中的主要不純物質,而其比電阻值達到 18.2MΩ・cm 的水。

一般超純水有哪些特性?

對於實驗來說,超純水的重要性在於能提供:1.低汙染物背景。2.高一致性(Consistency)之品質。並且超純水是最好的溶劑,俗稱Hungry Water,可以作為清洗或是分析儀器內,最好的溶液。

什麼是核子級純水?

      所謂核子級純水應該是口誤,很少有人用這樣的說法來形容實驗用純水的等級,形容實驗用純水的等級可以用法規裡面的敘述,例如:Type I、Type II、...,或是用比阻抗值來描述水中離子的濃度,例如18.2 Megohm.cm,或0.055μS/cm。

      另外在純化的技術中,人工合成的活性碳其孔隙的均勻度,大約都是介於核子級 (Å, 10的負十次方m),一般人可能簡稱經過此人工合成活性碳純化的水為核子級純水,其實不是很正確,正確的說法,其實只要用法規的說法(Type I, II...)即可。因為如果如此誤用,容易和飲用水範疇混淆,大家應該都聽過麥飯石純水吧,到底什麼是麥飯石純水,不言可喻。

誰能講清楚堿度和超純水容易變酸的關係?

      這是一個非常好的問題,有許多化學觀念可以探討,特別是在於討論到部分化合物在水溶液中,因為其解離常數的不同,可以有中和水中H離子的能力,達到緩衝水中的pH的能力。

      水之鹼度(Alkalinity,也有人稱碳酸鹽硬度或KH)是其對酸緩衝能力(Buffer capacity)的一種度量。

      量測方式:將水樣以校正過之適當 pH 計或自動操作之滴定裝置,並使用特定之pH 顏色指示劑,在室溫下以標準酸滴定樣品到某特定的 pH 終點時,所需要標準酸之當量數即為鹼度。

      此方法適用於地面水體(不包括海水)、地下水、放流水及廢(汙)水中鹼度之檢驗。

      回到您的問題本身,基本上依據ASTM或CAP以及其他所謂的超純水(Type I Water) ,其碳酸鹽或其他影響鹼度的離子濃度,都在非常非常低的濃度(ppb level or less) ,基本上可以忽略其在超純水中對酸的緩衝能力。

      而主要影響超純水變酸的最重要因素,是當超純水暴露空氣中,在大氣中存在濃度約萬分之三.八的CO2,溶於水中形成H2CO3,而H2CO3在超純水中解離成H+、HCO3-,其中H+即為最主要最主要影響pH的因素。

      一般超純水18.2 MΩ,與空氣中的CO2接觸,60分鐘後,其比阻抗值立即降至4MΩ,足以顯示,超純水極容易因為空氣中的CO2影響而變質。

改變陰陽樹脂比例能調節混床PH值嗎?

改變陰陽樹脂的數量,對於調節混床的PH並沒有太大的作用,混床之後的水應該幾近於超純水,PH應該不至於有太大的誤差。