目前市场上有很多HPLC级试剂,包括水,都是专门为使用UV检测器的HPLC供应的。但是HPLC级水的成本太高(100-200元/L),大多选择在实验室自己制水。那么问题来了…水中污染物之一:电解质电解质是指以水的离子态存在的物质,包括可溶性无机物(如NaCl)、有机物(如醋酸)和一些带电胶体离子。这些物质的存在不仅影响我们的峰形和溶液pH值,从而干扰我们的实验,还会影响柱效率,污染仪器。

  幸运的是,电解质是导电的,因此这类杂质的相对含量可以用电阻率δ(单位:MΩ. cm)或电导率X(单位:μs/cm)来表征。F是法拉第常数,Ci是每个离子的浓度,zi是每个离子携带的电荷数,μi是迁移率。理论上完全没有离子的超纯水在25℃下的电导率为0.055μS/cm(网上有公式推导),因此电阻率γ约为12MΩ.cm(25℃)。水的电导率与其所含的无机酸、碱和盐的浓度密切相关。例如,当NaCl的含量为0 ppb时,电导率为12MΩ. cm;但当含量仅增加1 ppb时,电阻率变为16MΩ.cm(ppb为ppm的千分之一,ppm的十亿分之一)。

  因此,水的电阻率常被用来估算水中离子或盐含量的总浓度,水的电阻率也随温度变化,通常在25℃下测量。水中第二种污染物:总有机碳(TOC)是指水中溶解和悬浮的有机碳总量。

  水中有机物种类繁多,目前无法全部分离鉴定,TOC值往往被忽略,关注程度远低于电阻率γ,一般认为电阻率γ达到12MΩ. cm,表示水质良好。

  事实上,电阻率为12MΩ. cm的水并不意味着它的TOC也很小,因为γ的电阻率只能代表水中的离子含量是否符合要求,并不能反映有机物的含量。电阻率γ的好坏与TOC没有直接关系。而且,过多的实验结果证明,TOC数据对液相干扰有很大的影响。实验室使用的超纯水TOC一般小于5 ppb。从上图可以看出,5 ppb处的TOC基线仍然不均匀。因此,超过5 ppb的超纯水必然会或多或少地干扰液相实验。

  当检测波长为214 nm时,液体基线对水质最敏感,因为大多数有机污染物的吸收波长在214 nm或附近,TOC除了与液体基线和检测精度有关外,还对柱效率产生影响,甚至大大影响柱的使用寿命。

  USP“643”和USP“645”分别提出监测水的电阻率和总有机碳的TOC。除了电解质和有机物,水中的其他污染物包括颗粒物(如灰尘)、微生物、细菌和溶解气体(如NO2)。

  这些污染物一方面会影响溶液的离子浓度和pH值,折射光线,影响测量结果。另一方面,它们会堵塞色谱柱和仪器的内部通道并损坏它,最终会增加我们的成本。实验室水和分类根据GB/T6682-2008的规定,实验室水分为一级水、二级水、三级水:三级水的水质是最次要的,一般用于清洗或溶液稀释等一般化学分析测试。二级水可用于无机测量分析和其他测试(如原子吸收光谱分析水)。一级水是最好的水,适用于各种精密分析实验(如HPLC)的需要。

  三级水又称RO水(Reverseosmosis water),一般采用反渗透或单次蒸馏的方法制成。其中,反渗透是最方便、使用最多的,其工作原理是通过施加压力改变水流方向,使水流从高渗透压变为低渗透压。三级水的核心模块是RO膜。RO膜的孔径一般在10A~100A之间,在一定压力下,水分子可以通过RO膜,而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质不能通过RO膜,从而可以严格区分可以通过的纯净水和不可渗透的浓缩水。

  RO净水器的核心是RO膜,目前公认的最好的RO膜是美国生产的陶氏膜。二次水可以通过三次水的双蒸,也可以集成RO和离子交换/EDI等技术。

  EDI(连续去离子技术)是利用离子交换树脂吸附水中的阴阳离子,同时这些被吸附的离子在直流电场弱电流的作用下通过阴阳离子交换膜除去的过程,EDI技术一般可以产生10MΩCm以上的水。

经验分享:实验用水的那些事

  在二次水的生产中,紫外线也会增加,因为紫外线波长在185nm处会产生光氧化反应,在254nm处辐射强度最强。一般情况下,在180nm-254nm范围内,紫外线照射一方面可以分解水中不易被活性炭吸附的微小有机化合物(如甲醇),并将其转化为CO2和水,降低TOC的指标。另一方面,可以抑制水中细菌的繁殖,杀死细菌。同时,紫外线照射不改变水的理化性质,具有显著的优势。

  一级水是最好的水,也称为超纯水(UP水),在电阻率、有机物含量、颗粒和细菌含量方面接近理论纯度基线,适用于多种精密分析实验(如高效液相色谱HPLC、离子色谱IC)。目前,制作超纯水主要有以下三种工艺:预处理→反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→纯水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→0.2或0.5μm精密过滤器→水体(≥15MΩ。CM)预处理→一次反渗透→加药机(PH调节)→中间水箱→二级反渗透(正电荷反渗透膜)→纯水箱→纯水泵→EDI装置→紫外线灭菌器→0.2或0.5μm精密过滤器→水体(≥17MΩ. CM)预处理→反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→净化水箱→纯水泵→紫外线灭菌器→抛光混合床→0.2或0.5μm精密过滤器→水体(≥18MΩ.CM)不同生产工艺产生的水质相对来说也有细微差别,Million-Q类似于第三工艺,包含一个抛光单元。大多数实验室净化水表直接连接自来水。因此, 除上述几种净化方法外,通常还结合使用离子交换、超滤、0.2微米膜过滤、活性炭过滤等。

  实验用水注意事项检测超纯水的电阻率和有机碳TOC总量;尽量尽快用水:时间长了,取出的超纯水会因接触空气或其他原因而电阻率γ下降,影响水质;容器和取样瓶的清洗和材料:毫无疑问,清洗问题,容器的PE材料对液相的干扰明显大于容器的玻璃材料;排出初始0.5-1L的水:再次使用超纯水表时不能使用原来的0.5-1L的水,因为这部分水可能是之前停机前留在机器内部的积水;避免手污染;考虑到成本因素,在使用水时,在使用三级水时尽量不要使用一次水,避免使用成本的增加,如如果仅用于清洁,三级水就足够了,不需要使用一级水。反渗透膜是一个非常重要的组成部分,细菌等微观物质在使用过程中经常会在其表面积累。因此,即使不使用水,也应使用少量的水来打开机器,让机器内部的水形成循环,并尽量减少积水沉积时间过长。反渗透膜的寿命为2-3年, 取决于用水量。