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實驗室純水系統設計規劃方案

一、純水的原理
    自來水是將天然水經過初步凈化處理制得的,它仍然含有各種雜質,主要有各種鹽類、有機物、顆粒物質和微生物等,因此只能用于初步洗滌儀器、作冷卻或加熱浴用水等,不能用于配制溶液及分析工作。為此,需要將水純化。市場上有各種“凈水器”、“純水機”及各種作為飲用水的“純水”、“純凈水”出售,不能直接利用這些裝置生產的產品作為化驗室的分析用水,因為這些裝置和產品對水純化的目的是除去對人體有害的物質和重金屬污染、有機物污染、細菌和病毒等,保留對人體有益的物質,如微量元素和礦物質。而分析實驗室用水是針對除去水中干擾物質的目的設計的。如一般的化學分析,要求創造去的雜質是陽離子和陰離子,不對細菌和病毒等有過高的限制。因此盡管這兩種“純水”利用的純化原理相同,但達到的目的及檢驗指標不同,不能替代。即作為飲用水的“純凈水”不滿足分析要求,作為“分析實驗室用水”的純水不能作為飲用水。
二、純水的質量和標準
    水是化學上常用的良好溶劑,由于水的溶解能力很強,所以在分析化學上僅需要一定數量的水,而且需要一定質量的水,用于洗滌儀器,作各種溶劑等。隨著工業和科學技術的新發展,分析化學對水的質量的要求已成為關鍵性問題之一,尤其是在高純物質和痕量元素分析方面以及電子工業領域,保證產品質量,提高分析方法的準確度和靈敏度,減低實驗空白,都直接與水的純凈度有密切關系。因此,在改善分析方法,提高分析技術水平的同時,應當重視純水的水質問題。
    理論純水是很難達到的,經過處理凈化后的純水中仍含有微量雜質,主要分為四婁:一是無機物,二是有機物,三是微生物,四是溶解氣體。
    純水中的這些雜質對分析技術并不都是有害的,不同的分析方法,分析對象,分析質量對純水的要求也不相同。為使純水適應分析化學等領域中各種不同用途,必頻提高和控制純水的純凈度,采用統一的純水質量標準加以控制。我國國家標準GB6682-1992《分析實驗室用水規格和試驗方法》將適用于化學分析和無機痕量分析等試驗用水分為三個級別:一級水、二級水和三級水。
三、純水制備技術之蒸餾法制備技術
    蒸餾法制備純水是根據水與雜質的不同沸點,用蒸餾器進行蒸餾而得到純水。蒸餾水的蒸餾器種類較多。采用蒸餾器內電阻加熱,代替外部電爐、煤氣、煤爐加熱,以便減少環境污染和熱量損失。采用不沸騰蒸發法,可進一步確保蒸餾水的純度。有的實驗室使用雙蒸器即能制取純度較高的水。實驗室用水蒸餾器,一般是用銅或玻璃制造的。為制備某種用途的高純水,設計制造的有石英蒸餾器、銀蒸餾器、聚四氟乙烯和鉑蒸餾器。高純水應當貯存在有機玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯或石英容器中。
    為了提高蒸餾水的純度,應當增加蒸餾次數,減小蒸餾速度,采用高純材料(例如石英)蒸餾器,勤清洗蒸餾器。實驗室中經常使用二次水、三次水、四次水(因蒸餾或離子交換二次、三次、四次而得名)。但時無限制地增加蒸餾次數并不能保證純度的進一步提高,因為空氣及灰塵的污染,容器材料的污染限制了純度的進一步提高。同樣,用減小蒸餾速度的方法也受上述原因的限制。所以,蒸餾次數和蒸餾速度的選擇要從實際考慮,既要保證一定的質量,又要考慮產量和成本。為了避免低沸點雜質隨水蒸氣帶出來,經常用加入試劑的方法抑制這些雜質的揮發,例如,加入甘露醇抑制硼的揮發等。此外,應注意保持工作室的清潔衛生條件,以降低環境的污染程度。
    蒸餾法制取純水是一種經典的方法,適用于用水量不大的小型實驗室使用。但由于此法蒸餾水的產量低,水質電阻率較低,對用水量大,水純度要求較高的分析不適宜。隨著高純物質的痕量分析以及電子工業的發展和需要,蒸餾法逐漸被離子交換法取代。
    為了克服單純用蒸餾器制取純水的缺點,目前已有定型的商品蒸餾器,將蒸餾裝置與離子交換器聯用,或蒸餾器與反滲透裝置聯用生產高純水。這種自動小型蒸餾器裝有陶瓷加熱器、數字式水質監視器、微型處理機以及裝有?;ば緣陌踩緶返?,自動控制和檢查水純度,保證操作的方便和安全。這種蒸餾器每小時的生產能力為1.8-10L蒸餾水或去離子水。
    某些特定的分析方法需要特殊制備的用水,也可用蒸餾法制備,例如:
(1)無氨水的制備
    將適量的蒸餾水或離子交換水,用碳酸氫鈉調至弱堿性(Ph8-9),將水煮沸至原體積的1/4即可制得無氨水。
(2)無二氧化碳水的制備
    將蒸餾水或離子交換水蒸去原體積的1/4-1/5,即得無二氧化碳水。待水冷卻后,應用帶堿石灰管的膠塞蓋緊瓶口,以防吸收空氣中的二氧化碳。
(3)重蒸餾水制備
    實驗室制取重蒸餾水的方法是:用硬質玻璃或石英蒸餾器,在每升蒸餾水或去離子水中加入50mL堿性高錳酸鉀溶液,重新蒸餾,棄去頭和尾各1/4容積,收集中段的重蒸餾水。此法去創造有機物較好,但不宜作無機痕量分析用。也可以直接在二次蒸餾水器中制備,第二個蒸餾瓶中加KMn04。
(4)不含氧的水
    將水注入平底燒瓶中,煮沸1h后立即用裝有玻璃導管的膠塞塞緊,導管與盛有焦性沒食子酸的堿性溶液的洗瓶連接,冷卻。
四、純水制備技術之亞沸法制備技術
    一般的沸騰蒸餾方法由于沸騰的水泡破裂,使蒸氣中帶入微粒,另外,未蒸餾的液體沿器壁爬行,使蒸餾水受到明顯的污染。亞沸蒸餾是在液體不沸騰的條件下蒸餾,完全消除了由沸騰帶來的污染。
    亞沸蒸餾法是純化高沸點酸最常用的方法,也是高純水及高純酸制備的標準方法。
    亞沸蒸餾裝置中采用紅外線加熱,因此器壁可保持干燥,避免液體向上爬行。

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